Нейрогистология
Нервная система человека содержит не менее триллиона нервных (1012), около 1013 глиальных клеток и не меньшее количество (>1013) синапсов. Число клеточных типов неизвестно (не менее 100). Это множество образует сложную пространственную структуру — единую сеть с многочисленными связями как на уровне отдельной клетки, так и клеточных ансамблей (ЦНС). Нервная система регулирует и координирует физиологические процессы отдельных клеток, тканей, органов, их систем и организма в целом, хранит информацию (память), перерабатывает и интегрирует следы памяти и сигналы из внешней и внутренней среды.
НЕРВНАЯ ТКАНЬ
Гистологические элементы нервной ткани (нейроны и глиоциты) и органов чувств развиваются из нескольких источников. Нейруляция, в ходе которой образуется нейроэктодерма, формируются нервная трубка, нервный гребень и нейрогенные плакоды, рассмотрена в главе 3. В нейроонтогенезе происходит ряд морфогенетических процессов (например, гибель нейронов, направленный рост аксонов). Их совокупный эффект приводит к формированию нервной системы, функционирование которой как conditio sine qua non определяют синапсы — специализированные межклеточные контакты между нейронами, а также между нейронами и исполнительными элементами (мышечными и секреторными).
НЕРВНАЯ ТРУБКА
Нервная трубка содержит внутреннюю пограничную мембрану, эпендимный слой, плащевой (мантийный) слой, краевую вуаль, наружную пограничную мембрану. Стволовые нейральные (матричные) клетки эпендимного слоя — источник почти всех клеток ЦНС (рис. 8-1, см. также рис. 4-1).
Рис. 8-1. Перемещения перикариона стволовой нейральной (матричной) клетки в ходе клеточного цикла. Стволовые клетки делятся вблизи внутренней пограничной мембраны. Часть потомков выселяется из эпендимного слоя в мантийный — будущее серое вещество. Другая часть остаётся в эпендимном слое. В последнем случае перикарион дочерней клетки отделяется от внутренней пограничной мембраны и постепенно приближается к мантийному слою, но не проникает в него. Эта клетка остаётся связанной с внутренней пограничной мембраной при помощи тонкого и длинного отростка. Другой отросток клетки уходит в мантийный слой и достигает наружной пограничной мембраны. Далее этот отросток отделяется от наружной пограничной мембраны и по мере возвращения перикариона во внутреннюю часть эпендимного слоя подвергается ретракции. Такая клетка вновь вступает в митоз с последующем участием в аналогичном цикле. В ходе клеточного цикла перикарион стволовой клетки перемещается от внутренней поверхности к наружной и обратно. Находящиеся в фазе G1 клетки формируют контакт с наружной пограничной мембраной, их перикарион расположен вблизи внутренней пограничной мембраны. Эти клетки вскоре вступают в S–фазу (репликация ДНК), в ходе которой перикарион смещается к наружной поверхности. В последующую фазу G2 увеличивающийся перикарион мигрирует обратно во внутреннюю часть трубки. Наружный отросток клетки утрачивает связь с наружной пограничной мембраной, и клетка вступает в митоз. По окончании симметричного митоза обе дочерние клетки направляют свои отростки к наружной поверхности и вступают в фазу G1 клеточного цикла. В некоторых участках нервной трубки протекают несимметричные митозы, в ходе которых образуется дочерняя клетка, выходящая из цикла, и новая стволовая нейральная клетка, которая повторяет цикл. Выходящая из цикла клетка может дифференцироваться в нейробласт. [128]
Матричные клетки
Матричные (вентрикулярные) клетки сосредоточены вблизи внутренней пограничной мембраны. Клетки активно размножаются, что сопровождается циклическим перемещением их ядер в пределах эпендимного слоя и изменением формы клеток (рис. 8-1). Закончившие пролиферацию клетки (нейробласты), а также потенциально способные к пролиферации глиобласты выселяются в плащевой слой. Часть вентрикулярных клеток остаётся in situ — будущая эпендима.
Стволовая нейральная клетка — пример соматических (региональных) стволовых клеток. Эта самообновляющаяся клетка даёт начало любому из главных клеточных типов нервной ткани, которые впоследствии функционируют в центральной и периферической нервной системе (рис. 8-2). Стволовые нейральные клетки содержат белок нестин. По мере специализации в них появляется новый белок виментин. Дифференцирующиеся в нейральном направлении клетки синтезируют специфические белки — нейрофиламентного триплета, b3–тубулин, енолазу и др. Глиальная специализация стволовой нейральной клетки характеризуется появлением других маркёров, например глиального фибриллярного кислого белка, белка S-100 и др. (рис. 8-2). Большое значение придают стволовым клеткам при лечении различных нейродегенеративных и неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, Альцхаймера, Хантингтона, мозжечковая атаксия, рассеянный склероз. При этом проявляется не только заместительный, но и трофический эффект трансплантата. Установление возможности дифференцировки стволовых кроветворных и стволовых стромальных клеток костного мозга в нейральном направлении позволяет их использовать как источник для восстановления структуры повреждённого мозга (рис. 8-3, 8-4). Важным является то, что пациент становится собственным донором, что предотвращает реакцию иммунологической несовместимости тканей. Для успешной пересадки стволовых клеток, независимо от области применения, важно сохранить их жизнеспособность. Для достижения этой цели весьма перспективной представляется модификация генома стволовых нейральных клеток. В этом направлении проводятся многочисленные исследования с трансфекцией генов нейротрофических факторов. После трансплантации трансфецированных клеток в организм реципиента эти факторы поддерживают выживание его нейронов, а также самих трансплантированных клеток.
Рис. 8-2. Модель последовательной генерации различных типов клеток в нервной системе. Стволовая нейральная клетка в развивающемся мозге даёт начало клеткам–предшественницам, дифференцировка которых ограничена двумя направлениями — нейрональным и глиальным. Показано прогрессивное ограничение потенций к дифференцировке в различных направлениях. В боксах указаны гены, экспрессируемые на каждой конкретной стадии дифференцировки. [125]
Рис. 8-3. Эмбриональная стволовая клетка даёт начало региональным стволовым клеткам, в данном случае стволовой нейральной и стволовой кроветворной клетке. Показана возможность взаимных переходов этих предшественников, что обозначается термином «трансдифференцировка»: стволовая нейральная клетка может трансдифференцироваться в кроветворном направлении, а стволовая кроветворная клетка способна трансдифференцироваться в нейральном направлении. [143]
Рис. 8-4. Концепция мигрирующих стволовых клеток предполагает возможность их перемещения во внутренней среде организма, например током крови. Специальные факторы, обеспечивают хоминг стволовых клеток в мозге [инсулиноподобный фактор роста b1 (IGFb1), мозговой нейротрофический фактор (BDNF), трансформирующий фактор роста a(TGFa), нейротрофин 4/5 (NT 4/5), тирозинкиназа trkB, Gliomas и др.]. Стволовые клетки, пришедшие в мозг, под влиянием другой группы факторов [факторы роста фибробластов (FGF), молекула Sonic hedgehog(Shh), морфогенетический белок кости 4 (BMP4), эпидермальный фактор роста (EGF) и др.] размножаются и продвигаются по нейральным дифферонам. В итоге они дифференцируются в нейроны различных типов, которые характеризуются экспрессией специфических генов нейральной дифференцировки (белки нейрофиламентного триплета, b3–тубулин, тирозингидроксилаза, даблкортин и др.). Возможность нейральной дифференцировки из других региональных стволовых клеток (например, из стволовой кроветворной клетки) считается экспериментально доказанной, что может найти применение в клинике для замещения дефектов мозга. [153]
Клетки–предшественницы
Нейробласты — клетки с большим округлым ядром, плотным ядрышком и бледной цитоплазмой — дают начало всем нейронам ЦНС. Нейроны — классический пример клеток, относящихся к статической популяции. Ни при каких условиях они in vivo не способны к пролиферации и обновлению. Обонятельные нейроны (происходят из обонятельных плакод) эпителиальной выстилки носовых ходов — единственное известное исключение.
Глиобласты — предшественники макроглии [астроциты и олигодендро(глио)циты]. Все типы макроглии способны к пролиферации.
Микроглия
Генез клеток микроглии спорен. Согласно наиболее распространённой точке зрения, клетки микроглии относят к системе мононуклеарных фагоцитов. Достаточно вероятным представляется их нейроэктодермальный генез. В этом случае подразумевается гетерогенность популяции клеток микроглии.
РАННЕЕ РАЗВИТИЕ МОЗГА
Процессы нейруляции и морфогенеза нервной ткани контролируются молекулярными сигналами. Они модулируют экспрессию генов в клетках-мишенях. Одним из первых подобных сигналов была идентифицирована ретиноевая кислота, дериват витамина А и молекула надсемейства стероидных/тиреоидных гормонов. Ретиноевая кислота активирует рецепторы ретиноидов, которые служат транскрипционными факторами, контролирующими экспрессию конкретных генов-мишеней (рис. 8-5). К пептидным сигналам нейральной индукции и дифференцировки нервных структур относят Sonic hedgehog (Shh), представителей семейства Wnt, факторы роста фибробластов (FGF), ряд представителей семейства трансформирующего фактора роста b (TGFb), включающего морфогенетические белки кости (BMP). Источником этих сигналов служит хорда, вентральная часть нервной трубки, сама нейроэктодерма, а также сомиты. Рецепторы пептидных сигналов FGF и BMP обладают протеинкиназной активностью. FGF связывается со своей рецепторной тирозинкиназой, кооперируя с компонентами внеклеточного матрикса, например гепарансульфат протеогликаном. При связывании с лигандом в рецепторе активируется внутриклеточный киназный домен с последующей активацией RAS/MAP киназного пути. Это приводит к модификации цитоплазматических компонентов и цитоскелета, изменению формы и подвижности клетки или влияет на её пролиферативную активность. Рецепторами BMP служат серин/треониновые киназы, которые фосфорилируют группу цитоплазматических белков, называемых SMAD. После фосфорилирования мультимеры SMAD транслоцируются в ядро, где модулируют экспрессию генов. Механизм действия некоторых сигналов представляется более сложным. Передача информации при помощи сигнала Shh оказывается возможной только при кооперативном взаимодействии двух поверхностных рецепторов (Patched и Smoothened) (рис. 8-5). После взаимодействия с лигандом рецепторный комплекс интернализуется и в цитоплазме поддерживает транслокацию в ядро транскрипционных факторов, включая Gli1, с последующей модуляцией экспрессии генов. Действие на клетку-мишень молекулы Wnt опосредовано рецепторами, относящимися к семейству белков frizzled. Связывание лиганда с рецептором вызывает деградацию присутствующего в цитоплазме белкового комплекса APC/аксин, который в обычных условиях предотвращает транслокацию в ядро b–катенина. Проникший в ядро b–катенин влияет на экспрессию ряда эффекторных генов.
Рис. 8-5. Главные индуцирующие сигналы контроля экспрессии генов при закладке нейроэктодермы и последующей дифференцировке нейронов и глиальных клеток: Sonic Hedgehog (Shh) (А), ретиноевая кислота (Б), фактор роста фибробластов (FGF) (В), представители надсемейства трансформирующего фактора роста b (TGFb) — морфогенетические белки кости (BMP) (Г), молекулы семейства Wnt (Д). [128]
Градиенты вышеупомянутых морфогенов и нейральных индукторов определяют спецификацию частей будущего мозга по дорсо-вентральной (рис. 8-6) и кранио-каудальной оси. Региональная спецификация развивающегося мозга по кранио-каудальной оси начинается очень рано. Головной отдел нервной трубки формирует передний мозг (prosencephalon), средний мозг (mesencephalon) и ромбовидный мозг (rhombencephalon).
Рис. 8-6. Градиенты локальных индуцирующих сигналов, определяющих спецификацию частей нервной трубки по осям и судьбу клеток в определенных её частях. В области хорды и вентральной части нервной трубки экспрессируется молекула Shh. Присутствие антагонистов TGFbноггина и хордина, а также ретиноевой кислоты, ограничено областью противоположных полюсов (дорсального и вентрального) нервной трубки. Эти факторы экспрессируются только в вентральной и дорсальной части нервной трубки. Исключительно для дорсальной части нервной трубки характерна экспрессия белков семейства BMP и дорсалина. Подобное неравномерное распределение указанных молекулярных факторов лежит в основе спецификации нейронов, локализованных в различных частях нервной трубки — спинного мозга: в дорсальной части локализуются перикарионы интернейронов (вставочных нейронов), направляющие отростки в таламус, а в вентральной части — мотонейроны, аксоны которых покидают спинной мозг и направляются в скелетную мышцу, где образуют нервно-мышечные синапсы. [128]
Рис. 8-7. Молекулярные и клеточные механизмы контроля дифференцировки нейронов и глии. На ранних стадиях популяция клеток дорсальной эктодермы реагирует на соотношение BMP и их антагонистов — ноггина и хордина. Молекулы BMP поддерживают дифференцировку эпидермиса. В ходе нейральной индукции антагонисты ноггин и хордин снимают влияние BMP, что определяет формирование нервной пластинки. На этой стадии нейруляции начинают действовать другие факторы, которые определяют спецификацию нейронов для конкретных областей будущего мозга: в дорсальной части трубки — принадлежащие семейству TGFb, а в вентральной — Shh. На последующих стадиях формируются диффероны для нейронов и глиальных клеток. Нейральный дифферон контролируется балансом между действием факторов Notch (тормозящее влияние) и экспрессией генов bHLH (активирующее влияние). Дифференцировку олигодендроцитов и астроцитов ингибируют продукты генов bHLH. Формирование олигодендроцитов поддерживают транскрипционные факторы Olig1, Olig2 и Nkx2.2, а астроцитов Notch и нейрегулины. Контакт клеток–предшественниц с внутренней (вентрикулярной) поверхностью нервной трубки определяет их дифференцировку в направлении образования эпендимы. В этом слое зрелого мозга предполагается присутствие стволовых нейральных клеток. Секреторные сигнальные молекулы из семейства морфогенетического белка кости (BMP) поддерживают дифференцировку предшественников глии в астроциты типа I. Под влиянием другого секреторного белка Shh предшественники глии дифференцируются в астроциты типа II и олигодендроциты. [128]
Морфогенетические процессы — индукция, адресная миграция клеток, направленный рост аксонов, гибель клеток, так называемые нейротрофические взаимодействия — хорошо выражены в развивающейся нервной системе. Жёсткость организации мозга определяют два момента: адресная миграция клеток и направленный рост их отростков.
Адресная миграция клеток
Адресная миграция клеток (рис. 8-8) — обязательное условие формирования мозга. Наиболее массовый процесс — выселение нейробластов из эпендимного в мантийный слой. При формировании коры больших полушарий головного мозга и мозжечка нейробласты выселяются из эпендимного слоя не только в мантийный слой, но также и в краевую вуаль (см. рис. 8-1). В мозжечке они формируют слой грушевидных нейронов. Не все нейробласты этой локализации дифференцируются здесь в ганглиозные нейроны мозжечка. Часть из них мигрирует в обратном направлении, образуя зернистые клетки и клетки Гольджи типа II.
После завершения митозов в эпендимном слое нервной трубки подавляющее большинство нейробластов мигрирует в наружные её слои. Миграция нейробластов в места окончательной локализации осуществляется по направляющим путям, сформированным отростками клеток радиальной глии. Перемещение нейробласта по отростку глиальной клетки контролируют молекулы адгезии и некоторые другие молекулы (рис. 8-8). Существуют и другие пути миграции нейробластов, не контролируемые радиальной глией. При дефектах миграции нейробластов возникает агирия в виде слабой выраженности извилин коры мозга.
Рис. 8-8. Отросток радиальной глии образует путь для направленной миграции нейробласта. В нейробласте различают лидирующий и хвостовой отросток. Это перемещение контролируют молекулы адгезии и некоторые другие молекулы, экспрессируемые на поверхности радиальной глии и нейробласта. Молекулы нейробласта: a3b1 интегрин, NMDA-R1, нейрегулин, CDK5/P35. Молекулы радиальной глии: aV интегрин, ламинин, фибронектин, NGCAM (L1). [128]
Находящиеся в процессе миграции клетки служат мишенями гормонов и факторов роста. Эти лиганды поддерживают дифференцировку клеток в определенном направлении (рис. 8-9). На примере клеток, выселяющихся из нервного гребня и мигрирующих в места окончательной локализации, показано, что лейкоз ингибирующий фактор (LIF) поддерживает дифференцировку чувствительных нейронов, а FGF2 — дифференцировку вегетативных нейронов. Их дальнейшее продвижение по дифферону в направлении образования адренергических нейронов контролирует фактор роста нервов (NGF), а холинергических вегетативных нейронов — цилиарный нейротрофический фактор (CNTF). Так называемый фактор стволовой клетки (SCF) необходим для дифференцировки меланоцитов. Глюкокортикоиды важны для дифференцировки хромаффинных клеток.
Рис. 8-9. Контроль направления дифференцировки мигрирующих клеток нервного гребня. [128]
Направленный рост аксонов
Направленный рост аксонов, как и адресная миграция клеток, осуществляется в рамках концепции “сигнал–ответ”. Эта концепция объясняет, как нейрон узнаёт свою область иннервации и находит своего клеточного партнёра, и как в развивающемся мозге многочисленные переплетающиеся отростки нейронов устанавливают связи с высокой точностью. Отросток нейрона — аксон — сразу и без ошибок находит свои мишени. Направленный рост аксонов осуществляет конус роста.
Конус роста — мобильная терминаль отростка нейрона, специализированная на удлинение и навигацию этого отростка, впервые детально описан Сантъяго Рамон-и-Кахалем. Конус имеет на конце булавовидное утолщение (ламеллоподия), от которого отходят тонкие пальцевидные отростки — филоподии. Они растут в различных направлениях и исследуют потенциальное пространство роста аксона. Согласно представлению С. Рамон-и-Кахаля о хемотропизме, рост аксонов происходит по градиенту концентрации специфических химических факторов, вырабатываемых в мишенях. Действительно, in vitro градиенты фактора роста нервов (NGF) и других веществ (например, ацетилхолина) влияют на направление роста аксонов. Наиболее разработано представление о меченых путях, которые образованы молекулярными метками (своего рода знаками навигационной обстановки), закономерно распределёнными в потенциальном пространстве роста аксонов. По мере роста пионерский аксон последовательно считывает одну за другой метки, расположенные в межклеточном пространстве или на поверхности клеток, и растёт в нужном направлении. Вслед за ним мигрируют отростки других аксонов, совокупность которых формирует тракты в ЦНС и нервы на периферии. Примером клеток, направляющих рост аксонов, могут служить временно живущие нейроны Кахаля–Ретциуса. Ключевой момент представления о заранее размеченных путях — узнавание — обеспечивают молекулы адгезии, которые встроены в плазмолемму ламеллоподии и филоподий и взаимодействуют с комплементарными молекулами (ламинин, фибронектин, коллаген, тенасцин и др.) во внеклеточном матриксе. Это обеспечивают фиксацию конуса роста на поверхности мишени в нужном месте и в нужное время.
Специфические сигналы из микроокружения позитивно регулируют, «разрешают» (хемоаттракция, хемоаттрактанты; от лат. attraho ——притягивать к себе) или, наоборот, негативно регулируют, «запрещают» (хеморепульсия, хеморепелленты, от лат. repellere —— отталкивать, отвергать) перемещение конуса роста в определённом направлении (рис. 8-10). Молекулы внеклеточного матрикса служат лигандами и взаимодействуют со своими рецепторами (интегринами) в аксолемме конуса роста (рис. 8-11, табл. 8-1). Конус роста аксона и направляющая его рост клетка могут взаимодействовать путём Ca2+-независимой адгезии с участием молекул L1 или NCAM (Neural Cell AdhesionMolecule), которые одновременно выступают в роли и лигандов, и рецепторов (гомофильное взаимодействие). Подобное гомофильное взаимодействие может осуществляться также путём Ca2+-зависимой адгезии при помощи кадгеринов. Секреторные (т.е. не фиксированные на поверхности, а выделяемые клеткой) хемоаттрактанты и хеморепелленты объединены в семейство нетрина/slit. Нетрин действует на клетку-мишень через рецептор DCC (Deleted in ColorectalCancer), а молекулы slit действуют через рецептор Robo (Roundabout). Типичными репеллентами являются семафорины, которые могут секретироваться из клетки или быть связанными с её поверхностью. Рецепторы семафоринов (плексины и нейропилин) встроены в аксолемму конуса роста. Действие трансмембранных или мембрано-ассоциированных молекул из семейства эфринов осуществляется через рецепторные тирозинкиназы Eph.
Рис. 8-10. Рост аксонов в заданном направлении контролируется распределением молекул аттрактантов и репеллентов. Конус роста пионерского аксона отрывается от группы аксонов и первым достигает области повышенной концентрации аттрактанта. Хеморепелленты отталкивают растущие аксоны. Рост аксонов компактным пучком (фасцикуляция) поддерживается молекулами адгезии в аксолемме (контакт-опосредованная аттракция). Если в определенном участке подобного пучка исчезают молекулы-аттрактанты и появляются молекулы-репелленты, то в этом участке происходит дефасцикуляция — аксоны «разбегаются» в разные стороны. [128]
Рис. 8-11. Основные семейства молекул, контролирующих направленный рост аксонов. Эти молекулы распределены в пространстве роста аксона и присутствуют во внеклеточном матриксе или связаны с мембраной направляющей рост аксона клетки (верхняя часть каждого рисунка). Эти лиганды узнаются рецепторами, встроенными в аксолемму конуса роста (нижняя часть каждого рисунка). Сигналы взаимодействия лиганд–рецептор передаются на внутриклеточные каскады, регулирующие сборку актиновых микрофиламентов в конусе роста. [128]
Таблица 8-1. Молекулы, контролирующие направленный рост аксона
Семейство | Лиганды | Рецепторы | Характеристика |
Молекул внеклеточного матрикса | Ламинин, тенасцины, коллаген, фибронектин, иммуноглобулины, аносмин‑1 (KAL), хондроитин/гепарансульфат протеогликаны, тромбоспондин‑1 | HomA, протеогликаны, интегрины | Многие из них важны для нейроонтогенеза. Все продолжают экспрессироваться в зрелом мозге |
Семафоринов/коллапсинов | Sema 3A‑F, Sema 4A‑G, Sema 5A и B, Sema 6A‑C, Sema 7A | Плексин A, нейропилин | Хеморепелленты, вызывают коллапс конуса роста сенсорных аксонов in vivo. Некоторые разновидности могут выступать в роли аттрактантов. Могут быть интегральными мембранными белками или секретироваться |
Иммуноглобулинов | N–CAM, PSA-N–CAM, L1,TAG-1/аксонин‑1, DM-Grasp, кадгерины | HetA, HomA | Интегральные и мембраносвязанные гликопротеины, участвуют в прикреплении аксонов к субстрату, фасцикуляции, направленном росте, в гомофильных и гетерофильных взаимодействиях |
Миелин-ассоциированных ингибиторов | Миелин-ассоциированный гликопротеин (MAG), nogo | Неизвестны | Интегральные мембранные белки экспрессируются в зрелом миелине, ингибиторы роста аксонов in vitro и in vivo. Могут выступать в роли рецепторов для некоторых молекул внеклеточного матрикса |
Рецепторов, связанных с тирозинкиназам | Ephrin A1-A5, Ephrin B1-B3 | Eph A1-A8 Eph B1-B6 | Лиганды и рецепторы, связаны с мембраной или являются трансмембранными белками, участвуют в процессах миграции клеток и роста аксонов в нейроонтогенезе |
Нетринов | Нетрины 1 и 2 | DCC, нейрогенин, Unc‑5 | Важны для миграции нейробластов и направленного роста аксонов в развивающемся мозге. Связывание с рецептором DCC прослежено как при позитивном, так и негативном регулировании |
Нейротрофических факторов | NGF, NT-3, BDNF, CNTF, GDNF | Trk A,B,C, p75, Lifrb, GFRa1 | Нейротропная и нейротрофичекая активность |
Факторов роста | FGF, IGF, PDGF, VEGFa | FGFr1-4, flk-1, IGFr1, PDGFr, EGFr | Нейротрофическая активность, контроль пролиферации, дифференцировки и гибели клеток |
Цитокинов | TGFb, LIF, TNF, EGF | TGFb тип I; TGFb, тип II; LIFrb, gp130, TNFr1-2 | Нейротрофичекая активность, поддержание дифференцировки нейронов |
Нейромедиаторов | Ацетилхолин | Холинорецептор | Возможно, участвуют в синаптогенезе. Изменяют направление роста аксонов чувствительных нейронов |
Slit | Slit–белки | Robo | Репелленты для различных аксонов и мигрирующих клеток, но и стимуляторы ветвления и удлинения аксонов |
Механизм роста аксона
Перемещение конуса роста осуществляется при помощи молекулярного мотора. В конусе роста различают центральный и периферический домен. Периферический домен объединяет филоподии и часть ламеллоподии. Здесь актин полимеризуется на ведущем конце нити, что поддерживает рост аксона в ортоградном направлении, но тянется в обратном (ретроградном) направлении за счет работы миозинового мотора. Ретроградное перемещение актина сдерживает проникновение микротрубочек в периферический домен. Сигналы взаимодействия поверхностных рецепторов с лигандами угнетают ретроградное перемещение актиновых нитей и равновесие между сборкой и перемещением актиновых нитей в ортоградном направлении, с одной стороны, и ретроградным перемещением актиновых нитей за счет работы мотора, с другой стороны, нарушается в пользу первого и в итоге обеспечивает перемещение (рост) всей структуры конуса роста в ортоградном направлении. Остановка ретроградного перемещения актина позволяет микротрубочкам проникать в периферический домен. Этот рост микротрубочек осуществляется путём полимеризации тубулина. В результате аксон удлиняется.
Реакции актина на ведущем конце ламеллоподии. Сеть цитоскелета на ведущем конце ламеллоподии содержит интенсивно ветвящиеся актиновые нити с (+)–концом, направленным в сторону роста, и (–)–концом, образующим угол ~70º с другими нитями. В состоянии покоя (+)-конец актиновой нити обычно покрыт кэппинг–белком. Под действием стимула происходит полимеризация актина на свободном (+)–конце нити, расположенной в ведущей части конуса роста. Нить удлиняется и возникает усилие в направлении поверхностной мембраны. В диссоциации кэппинг–белка и освобождении (+)–конца актиновой нити имеют значение увеличение уровня инозитолдифосфата, разрезание нити ADF/кофилином и нуклеация актина, зависимая от комплекса Arp2/3. Этот комплекс активируется при связывании с белком N–WASP (Wiskott-Aldrich Syndrome Protein, тяжелая врожденная нейтропения, тромбоцитопения), одна из форм которого, в свою очередь, активируется при участии Cdc42.
Физиологическая гибель клеток
Запрограммированная массовая смерть нейронов происходит на строго определённых этапах онтогенеза. Естественная гибель нейронов прослежена как в ЦНС, так и в периферической нервной системе. Объём субпопуляции гибнущих нейронов оценивают в широком интервале, от 25 до 75%. Иногда в популяции погибают все нейроны (например, несущие метку для направленного роста аксонов). Выраженная гибель нейронов в сформированной нервной ткани наблюдается при дегенеративных заболеваниях нервной системы, таких как болезнь Альцхаймера, Паркинсона, Хантингтона, Кройтцфельдта–Якоба, боковой амиотрофический склероз и др.
Нейротрофические взаимодействия
Эта концепция предусматривает информационный обмен между нейронами, отличающийся от химической передачи возбуждения в синапсах. Согласно концепции, такой обмен поддерживает фенотип взаимодействующих клеток на уровне, адекватном выполнению их функции. Нейротрофические взаимодействия реализуются через нейротрофические факторы. Эти химические факторы вырабатываются в одних нейронах или в ненервных клетках и воздействуют на другие нейроны. Нейротрофические факторы поддерживают выживание и дифференцировку нейронов в нейроонтогенезе и при регенерации. Наиболее изученным нейротрофическим фактором является фактор роста нервов (NGF).
Регенерация
Нейроны относят к статической клеточной популяции. Это означает, что в постнатальном онтогенезе не происходит образования новых нейронов. Следовательно, погибающие нейроны не восстанавливаются. Но из этого не следует, что в нервной системе отсутствует регенерация. Она осуществляется за счёт восстановления целостности повреждённых нейронов, роста их отростков, размножения глиальных и шванновских клеток. Всё это, а также изменение связей между регенерирующими и интактными клетками при благоприятных условиях, может привести к восстановлению функции в нервной системе.
Нервный гребень
Если нервная трубка служит источником для развития ЦНС, то нервные элементы периферии и ряд других важных структур (см. главу 3) происходят из нервного гребня. Их дифференцировку контролируют молекулярные сигналы, принадлежащие различным семействам (рис. 8-12).
Рис. 8-12. Участие сигнальных молекул в регуляции дифференцировки клеток нервного гребня на последовательных стадиях индукции, миграции и цитодифференцировки. Клетки нервного гребня по-разному отвечают на действие одних и тех же сигналов из этих семейств, что зависит от конкретной стадии дифференцировки клеток. А. Клетки нервного гребня образуют структуры лицевого скелета. В этой области молекулярные сигналы TGFb и FGF определяют соответственно развитие глаза и лицевого скелета. Б. В области тела дифференцировку клеток нервного гребня направляют факторы из семейств Wnt и BMP. Действуя на начальных стадиях, сигналы Wnt из ненервной эктодермы индуцируют дифференцировку нервного гребня, а на последующих стадиях эти же факторы поддерживают спецификацию чувствительных нейронов и пигментных клеток. Представители семейства TGFb молекулярные сигналы BMP, продуцируемые клетками дорсальной аорты, контролируют дифференцировку симпатических нейронов. [138]
Нейроны (термин предложил Вильгельм фон Вальдейер) — главные клеточные типы нервной ткани. Эти возбудимые клетки осуществляют передачу электрических сигналов (между собой при помощи нейромедиаторов в синапсах) и обеспечивают способность мозга к переработке информации.
Рис. 8-13. Мультиполярный нейрон. Тело клетки (перикарион) содержит ядро. От перикариона отходят отростки. Один из них — аксон, все другие — дендриты. [17]
Рис. 8-13А. Мультиполярный нейрон спинного мозга. Крупное ядро (2) расположено в центральной части клетки, хорошо видно ядрышко (1). От перикариона отходят отростки (3), один из них — аксон, остальные — дендриты. Импрегнация азотнокислым серебром по Бильшовскому–Гросс.
Рис. 8-13Б. Псевдоуниполярные нейроны спинномозгового узла. Сферической формы перикарионы (2) содержат ядра (1). От тела клетки отходит сравнительно толстый отросток, который Т-образно делится на центральную и периферическую ветви. Перикарионы окружены клетками небольшой величины — клетками-сателлитами (3). Окраска по Маллори.
Морфология
Перикарион (тело) и отходящие от него отростки (аксон и ветвящиеся дендриты) — стандартные части нейронов (рис. 8–13, 8-13А). Существенная часть каждого нейрона — цитоскелет.
Перикарион
Перикарион содержит ядро, комплекс Гольджи, гранулярную эндоплазматическую сеть, митохондрии, лизосомы, элементы цитоскелета.
Ядро нейрона имеет мелкодисперсный хроматин и ядрышко. В силу относительно большого диаметра ядро в световом микроскопе выглядит (особенно в крупных нейронах) как оптически пустое. Ядрышко крупное и резко базофильное.
Комплекс Гольджи хорошо развит, особенно в крупных нейронах. Его особенность — расположение между ядром и местом отхождения аксона, что отражает мощный транспорт белков, синтезированных в гранулярной эндоплазматической сети перикариона, в аксон.
Аксонный холмик — свободная от гранулярной эндоплазматической сети и рибосом область перикариона, содержащая много микротрубочек и нейрофиламентов, место, где начинается аксон и генерируется потенциал действия.
Гранулярная эндоплазматическая сеть. В перикарионе и дендритах развита гранулярная эндоплазматическая сеть. Она соответствует глыбкам хроматофильного вещества, которые впервые обнаружил Франц Ниссль при окраске метиленовым синим, почему её в нейронах иногда называют веществом Ниссля (тигроид). Тигролиз — распыление хроматофильного (тигроидного) вещества, отражающее глубокие дистрофические изменения при нарушении целостности нейрона (например, при сдавлении или перерезке аксона).
Митохондрии многочисленны. Значительные энергетические потребности нервных клеток обеспечивает преимущественно аэробный метаболизм, почему нейроны крайне чувствительны к гипоксии.
Пигменты. В нейронах (особенно с возрастом) накапливается липофусцин. Нейроны некоторых ядер мозга нормально содержат иные пигменты, почему эти образования и получили своё название (substantia nigra, locus coeruleus).
Отростки
Отростки, отходящие от перикариона, — аксон и дендриты (рис. 8–13). Отростки нейрона участвуют в образовании синапсов.
Аксон (нейрит) — длинный отросток, как правило, не ветвящийся, но образующий концевые разветвления, содержащие синаптические пузырьки; проводит пачки импульсов (спайки) от перикариона. Объём аксона может достигать 99% суммарного объёма нейрона. Длина аксона может быть весьма значительной — десятки сантиметров.
Синтез белка в аксоне. Считается общепринятым, что синтез белка в нейроне происходит только в перикарионе и дендритах. Однако в последнее время появились достаточно убедительные доказательства синтеза белка в аксоне. Многочисленные белки аксоплазмы синтезируются в перикарионе и перемещаются в составе медленного аксонного транспорта. Длина аксона варьирует от нескольких микрон до метра, и транспортировка белковых молекул по аксону может занять дни, недели и даже месяцы. Следовательно, при срочном ответе нейрона на изменившиеся условия функционирования локальный синтез белка экономит время и энергию, необходимые для транспортировки вновь синтезированного белка в нужный компартмент аксона. Учитывая тот факт, что белки имеют определённый период полураспада и во время медленного транспорта по аксону постоянно подвергаются деградации можно предположить, что внутриаксонный синтез белка также необходим для поддержания белкового состава аксоплазмы и массы аксона в целом.
Дендриты — ветвящиеся отростки, заканчивающиеся вблизи от тела нейрона. В плазмолемму встроены постсинаптические рецепторы, дендриты проводят возбуждение к перикариону. Проксимальные области дендритов — продолжение перикариона. Поэтому они содержат рибосомы, компоненты гранулярной и гладкой эндоплазматической сети, элементы комплекса Гольджи. Дендриты интегрально образуют до 95% всей рецепторной поверхности (рецептивного поля) нейрона. Они растут и подвергаются ретракции в ответ на различные воздействия, включая активность нейрона, действие лекарственных препаратов, повреждение соседних нейронов. Дендриты являются наиболее чувствительными индикаторами функционального состояния нервных связей и любых изменений в нервной системе. Дендриты, в отличие от аксонов, способны генерировать не только потенциалы действия, возникающие по закону «всё или ничего», но и градуальные генераторные потенциалы.
Цитоскелет
Цитоскелет нейронов состоит из микротрубочек, промежуточных филаментов (нейрофиламенты) и микрофиламентов.
Микротрубочки — наиболее крупные элементы цитоскелета, их диаметр 24 нм. С ними связывают внутриклеточный, в том числе аксонный транспорт. От перикариона по отросткам перемещаются различные вещества (белки, нейромедиаторы и т.д.), органеллы (митохондрии, элементы цитоскелета, везикулы и т.д.). Микротрубочки в перикарионе и дендритах (в отличие от аксона) не имеют направленной ориентации. Большинство микротрубочек аксона (+)–концом направлено к терминали, а (–)–концом — к перикариону (рис. 8-14). Характер ориентации микротрубочек имеет важное значение для распределения по отросткам различных органелл. К (+)–концу перемещаются митохондрии и секреторные пузырьки, а к (–)–концу — рибосомы, мультивезикулярные тельца, элементы комплекса Гольджи.
Рис. 8-14. Ориентация микротрубочек в отростках нейрона. Аксон отличается от дендритов полярной ориентацией микротрубочек. В нём микротрубочки своими (+)–концами направлены к терминали, а (–)–концами — к перикариону. [17]
Классификации нейронов
Нейроны отличаются по размерам и форме перикариона, числу отростков, их синаптическим связям, характеру ветвления дендритов, электрофизиологическим характеристикам, химии нейромедиаторов, позиции в функциональных сетях и множеству других характеристик. По этой причине классификации нейронов многочисленны.
Количество отростков
Аполяры — отростков нет (условно к ним можно отнести ранние нейробласты).
Униполяры — единственный отросток (формально одноотростчатыми нервными клетками можно считать псевдоуниполярные нейроны спинномозговых узлов).
Псевдоуниполяры на самом деле имеют два отростка (центральный и периферический), отходящие от короткого выроста перикариона (рис. 8-13Б). В нейроонтогенезе от перикариона отходят два отростка, они сближаются и образуют общий ствол отхождения от перикариона. Периферический отросток иногда называют аксоном.
Биполяры имеют аксон и ветвящийся дендрит (например, обонятельные рецепторные нервные клетки).
Мультиполяры. Число отростков >2 (1 аксон, остальные — дендриты). Классический пример — мотонейроны передних рогов спинного мозга (см. рис. 8-13А).
Химия нейромедиатора
Критерий классификации — синтез, накопление в синаптических пузырьках и экскреция в синаптическую щель конкретного нейромедиатора. При этом к имени нейромедиатора добавляют ергический. Иногда в качестве критерия применяют тип мембранного рецептора, регистрирующего наличие нейромедиатора (в этом случае добавляют цептивный).
Холинергические. Нейромедиатор — ацетилхолин (например, двигательные нейроны передних рогов спинного мозга, иннервирующие скелетные мышечные волокна; парасимпатические нейроны блуждающего нерва, иннервирующие сердце, ГМК и железы желудка).
Адренергические. Нейромедиатор — норадреналин (например, постганглионарные нейроны симпатического отдела вегетативной нервной системы, иннервирующие сердце, ГМК сосудов и внутренних органов).
Длина аксона
Аксоны пирамидных нейронов коры больших полушарий достигают длины 50–70 см. Вставочные нейроны сетчатки (амакринные клетки) вообще не имеют аксонов. В зависимости от длины аксона, различают клетки Гольджи типа I и II. Клетки Гольджи типа I имеют длинные аксоны, а клетки Гольджи типа II — короткие.
Позиция нейрона
Позиция в рефлекторной дуге позволяет выделять чувствительные(воспринимающие сигнал из внешней или внутренней среды), двигательные (иннервирующие сократительные и секреторные элементы) и находящиеся между ними вставочные (ассоциативные в нейронных сетях) нервные клетки (интернейроны).
Интернейроны по морфологическим признакам подразделяют на множество типов. Это биполярные нейроны в сетчатке, а в коре мозга корзинчатые клетки (крупные, мелкие или сгруппированные), инвертированные пирамидные нейроны, канделябровидные нейроны, гроздевидные двухпучковые нейроны, нейроглиоформные нейроны и др. Однако интернейроны различаются не только по структуре. В пределах конкретного морфологического типа интернейроны могут иметь широко варьирующие электрические характеристики и нейрохимические свойства.
Направление возбуждения
Направление возбуждения к центру — афферентные нервные клетки (в том числе чувствительные нейроны разных модальностей, восходящих путей), к периферии — эфферентные нейроны двигательных путей и трактов (например, пирамидной и экстрапирамидной систем).
Модальность
Модальность — характер воспринимаемого и передаваемого сигнала (например, механорецепторные, зрительные, обонятельные нейроны и т.д.).
Отдел нервной системы
Целесообразно выделять нервные клетки вегетативного отдела нервной системы. Нейроны соматического отдела — чувствительные и двигательные, не относящиеся к вегетативным.
Синапсы
Синапсы — специализированные межклеточные контакты, передающие сигналы от одного нейрона к другому при помощи нейромедиаторов. Химическая природа нейромедиатора, морфология синапсов и участвующие в формировании синапса части нейронов в различных отделах нервной системы значительно варьируют. В синапсе выделяют пресинаптическую и постсинаптическую части, разделённые синаптической щелью шириной 20–30 нм. Пресинаптические нейроны синтезируют, хранят и секретируют нейромедиаторы. При изменении мембранного потенциала в терминалях нейромедиатор выделяется в синаптическую щель (экзоцитоз) и связывается со своими рецепторами в постсинаптической мембране, вызывая изменение мембранного потенциала постсинаптического нейрона.
Классификация
Аксодендритические — синапсы между аксоном одного нейрона и дендритами другого нейрона (рис. 8–15).
Аксо-шипиковый синапс. Большинство возбуждающих синапсов локализуется в выростах дендритов, содержащих большое количество актина и называемых шипиками. При многих типах умственной отсталости у детей, в том числе при трисомиях, таких как синдром Дауна или трисомия хромосомы 13, отмечена аномальная морфология шипиков, уменьшение их плотности и всего дендритного поля.
Аксо-аксональные — синапсы между аксонами разных нейронов.
Аксосоматические — синапсы между терминалями аксона одного нейрона и телом другого нейрона.
Дендродендритические — синапсы между дендритами нейронов.
Пресинаптическая часть
Пресинаптическая часть — специализированная часть терминали отростка нейрона, где расположены синаптические пузырьки и митохондрии. Пресинаптическая мембрана (плазмолемма) содержит потенциалозависимые Ca2+-каналы. При деполяризации мембраны каналы открываются, и ионы Ca2+ входят в терминаль, запуская в активных зонах экзоцитоз нейромедиатора.
Синаптические пузырьки содержат нейромедиатор. Ацетилхолин, аспартат и глутамат находятся в круглых светлых пузырьках; ГАМК, глицин — в овальных; адреналин и нейропептиды — в мелких и крупных гранулярных пузырьках. Слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной происходит при увеличении концентрации Са2+ в цитозоле нервной терминали. Предшествующий слиянию синаптических пузырьков и плазмолеммы процесс узнавания синаптическим пузырьком пресинаптической мембраны происходит при взаимодействии мембранных белков семейства SNARE (синаптобревин, SNAP-25 и синтаксин).
Активные зоны. В пресинаптической мембране выявлены так называемые активные зоны — участки утолщения мембраны, в которых происходит экзоцитоз. Активные зоны расположены против скоплений рецепторов в постсинаптической мембране, что уменьшает задержку в передаче сигнала, связанную с диффузией нейромедиатора в синаптической щели.
Рис. 8-15. Межнейронные синапсы. [17]
Постсинаптическая часть
Постсинаптическая мембрана содержит рецепторы нейромедиатора, ионные каналы.
Синаптическая передача
Синаптическая передача — сложный каскад событий. Многие неврологические и психические заболевания сопровождаются нарушением синаптической передачи. Различные лекарственные препараты влияют на синаптическую передачу, вызывая нежелательный эффект (например, галлюциногены) или, наоборот, корригируя патологический процесс [например, психофармакологические средства (антипсихотические препараты)].
Механизм синаптической передачи. Синаптическая передача возможна при реализации ряда последовательных процессов: синтез нейромедиатора, его накопление и хранение в синаптических пузырьках вблизи пресинаптической мембраны, высвобождение нейромедиатора из нервной терминали, кратковременное взаимодействие нейромедиатора с рецептором, встроенным в постсинаптическую мембрану; разрушение нейромедиатора или захват его нервной терминалью.
Синтез нейромедиатора. Ферменты, необходимые для образования нейромедиаторов, синтезируются в перикарионе и транспортируются к синаптической терминали по аксонам, где взаимодействуют с молекулярными предшественниками нейромедиаторов.
Хранение нейромедиатора. Нейромедиатор накапливается в нервной терминали, находясь внутри синаптических пузырьков вместе с АТФ и некоторыми катионами. В пузырьке находится несколько тысяч молекул нейромедиатора, что составляет квант.
Квант нейромедиатора. Величина кванта не зависит от импульсной активности, а определяется количеством поступившего в нейрон предшественника и активностью ферментов, участвующих в синтезе нейромедиатора.
Секреция нейромедиатора. Когда потенциал действия достигает нервной терминали, в цитозоле резко повышается концентрация Ca2+, синаптические пузырьки сливаются с пресинаптической мембраной, что приводит к выделению квантов нейромедиатора в синаптическую щель. Незначительное количество нейромедиатора постоянно (спонтанно) секретируется в синаптическую щель.
Взаимодействие нейромедиатора с рецептором. После выброса в синаптическую щель молекулы нейромедиатора диффундируют в синаптической щели и достигают своих рецепторов в постсинаптической мембране.
Удаление нейромедиатора из синаптической щели происходит за счёт диффузии, расщепления ферментом и выведения путём захвата специфическим переносчиком. Кратковременность взаимодействия нейромедиатора с рецептором достигается разрушением нейромедиатора специальными ферментами (например, ацетилхолина — ацетилхолинэстеразой). В большинстве синапсов передача сигналов прекращается вследствие быстрого захвата нейромедиатора пресинаптической терминалью.
Нейромедиаторы
Большинство нейромедиаторов — аминокислоты и их производные. Одни нейроны модифицируют аминокислоты с образованием аминов (норадреналин, серотонин, ацетилхолин), другие — нейромедиаторов пептидной природы (эндорфины, энкефалины). Лишь небольшое количество нейромедиаторов образовано не аминокислотами. Нейроны могут синтезировать более одного нейромедиатора. Наиболее распространённые нейромедиаторы приведены в таблице 8–2.
Таблица 8–2. Нейромедиаторы
Ацетилхолин | Нейропептиды |
Аминокислоты | VIP |
g‑Аминомасляная кислота | Вазопрессин |
Глицин | Вещество P |
Глутамат | Нейропептид Y |
N–метил-D–аспартат (NMDA) | Окситоцин |
Моноамины | Соматостатин |
Адреналин Норадреналин | Эндорфин |
Дофамин Серотонин | Энкефалины |
Ацетилхолин секретируется из терминалей соматических мотонейронов (нервно-мышечные синапсы), преганглионарных волокон, постганглионарных холинергических (парасимпатических) волокон вегетативной нервной системы и разветвлений аксонов многих нейронов ЦНС (базальные ганглии, двигательная кора). Синтезируется из холина и ацетил-КоА при помощи холинацетилтрансферазы, взаимодействует с холинорецепторами нескольких типов. Кратковременное взаимодействие лиганда с рецептором прекращает ацетилхолинэстераза, гидролизующая ацетилхолин на холин и ацетат.
Дофамин — нейромедиатор в окончаниях некоторых аксонов периферических нервов и многих нейронов ЦНС (чёрное вещество, средний мозг, гипоталамус). После секреции и взаимодействия с рецепторами дофамин активно захватывается пресинаптической терминалью, где его расщепляет моноаминоксидаза. Дофамин метаболизирует с образованием ряда веществ, в том числе гомованилиновой кислоты.
· Шизофрения. При этом заболевании наблюдается повышенная реактивность дофаминергической системы, что связывают с увеличением количества D2‑рецепторов дофамина.
· Хорея наследственная — нарушение функции нейронов коры и полосатого тела, сопровождается повышенной реактивностью дофаминергической системы.
· Болезнь Паркинсона — патологическое уменьшение количества нейронов в чёрном веществе и других областях мозга с уменьшением уровня дофамина и метионин-энкефалина, преобладанием эффектов холинергической системы.
Норадреналин секретируется из большинства постганглионарных симпатических волокон и является нейромедиатором между многими нейронами ЦНС (например, гипоталамус, голубоватое место). Образуется из дофамина путём гидролиза при помощи дофамин-b-гидроксилазы. Норадреналин хранится в синаптических пузырьках, после высвобождения взаимодействует с адренорецепторами, реакция прекращается в результате захвата норадреналина пресинаптической частью. Уровень норадреналина определяется активностью тирозин гидроксилазы и моноаминоксидазы. Моноаминоксидаза и катехол-О-метилтрансфераза переводят норадреналин в неактивные метаболиты (норметанефрин, 3-метокси-4-гидрокси-фенилэтиленгликоль, 3-метокси-4-гидроксиминдальная кислота). Норадреналин — мощный вазоконстриктор, эффект наблюдается при взаимодействии нейромедиатора с ГМК стенки кровеносных сосудов.
Серотонин (5-гидрокситриптамин) — нейромедиатор многих центральных нейронов (например, ядра шва). Предшественником служит триптофан, гидроксилируемый триптофангидроксилазой до 5-гидрокситриптофана с последующим декарбоксилированием декарбоксилазой L-аминокислот. Расщепляется моноаминоксидазой с образованием 5-гидроксииндолуксусной кислоты. Серотонин участвует в регуляции умственной деятельности, сна, состоянии тревоги, сексуального поведения, в патологических реакциях при алкоголизме, отравлении лекарствами или наркозависимости. Кроме того, серотонин связан с регуляцией сосудистого тонуса, перистальтики кишечника, гемостаза, клеточного иммунитета.
· Депрессия характеризуется снижением количества двух нейромедиаторов (норадреналина и серотонина) и увеличением экспрессии их рецепторов.
· Маниакальный синдром. При этом состоянии увеличивается уровень норадреналина на фоне снижения количества серотонина и адренорецепторов.
· Аутизм. Гиперсеротонинемия, но в 30–50% случаев без явных нарушений обмена серотонина в мозге.
g-Аминомасляная кислота — тормозный нейромедиатор в ЦНС (базальные ганглии, мозжечок). Образуется из глутаминовой кислоты под действием декарбоксилазы глутаминовой кислоты, захватывается из межклеточного пространства пресинаптической частью и деградирует под влиянием трансаминазы g-аминомасляной кислоты.
· Эпилепсия — внезапные синхронные вспышки активности групп нейронов в разных областях мозга, связывают со снижением тормозного действия g‑аминомасляной кислоты.
· Состояние тревоги — психическая реакция, связанная с уменьшением тормозного эффекта g-аминомасляной кислоты.
b-Эндорфин — нейромедиатор полипептидной природы многих нейронов ЦНС (гипоталамус, миндалина мозжечка, таламус, голубоватое место). Проопиомеланокортин транспортируется по аксонам и расщепляется пептидазами на фрагменты, одним из которых является b-эндорфин. Нейромедиатор секретируется в синапсе, взаимодействует с рецепторами на постсинаптической мембране, а затем гидролизуется пептидазами.
Метионин-энкефалин и лейцин-энкефалин — небольшие пептиды (5 аминокислотных остатков), присутствующие во многих нейронах ЦНС (бледный шар, таламус, хвостатое ядро, центральное серое вещество). Как и эндорфин, образуются из проопиомеланокортина. После секреции взаимодействуют с пептидергическими (опиоидными) рецепторами.
Динорфины. Эта группа нейромедиаторов состоит из 7 пептидов близкой аминокислотной последовательности, которые присутствуют в нейронах тех же анатомических областей, что и энкефалинергические нейроны. Образуются из продинорфина, инактивируются путём гидролиза.
Вещество P — нейромедиатор пептидной природы в нейронах центральной и периферической нервной системы (базальные ганглии, гипоталамус, спинномозговые узлы).
Глицин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Эти аминокислоты в некоторых синапсах являются нейромедиаторами (глицин во вставочных нейронах спинного мозга, глутаминовая кислота — в нейронах мозжечка и спинного мозга, аспарагиновая кислота — в нейронах коры). Глутаминовая и аспарагиновая кислоты вызывают возбуждающие ответы, а глицин — тормозные.
Другие нейромедиаторы (VIP, адреналин, бомбезин, брадикинин, вазопрессин, карнозин, нейротензин, соматостатин, холецистокинин). Их роль для синаптической передачи остаётся неясной. В синаптической передаче, возможно, участвуют прионы.
Термин “нейроглия” ввёл немецкий патолог Рудольф Вирхов для описания связующих элементов между нейронами. Эти клетки составляют почти половину объёма мозга. Среди глиальных клеток мозга выделяют эпендимную глию, макроглию и микроглию (рис. 8–16). Макроглия состоит из астроцитов и олигодендроцитов. В периферической нервной системе присутствуют шванновские клетки и группа окружающих нейроны вспомогательных клеток в ганглиях. Образующие миелин клетки — шванновские и олигодендроциты.
Рис. 8-16. Глиальные клетки: А — волокнистый астроцит, Б — протоплазматический астроцит, В — микроглия, Г — олигодендроглиоциты. [17]
Астроциты
Астроциты — звёздчатые клетки, их отростки отходят от тела клетки в разных направлениях, оплетают нейроны, сосуды, клетки (эпендимы) желудочков мозга, образуя расширения в виде концевой ножки. Маркёр астроцитов — глиальный фибриллярный кислый белок промежуточных филаментов. Астроциты имеют b‑адренорецепторы и рецепторы многих нейромедиаторов.
Классификация
Волокнистые астроциты с длинными, слабо или совсем не ветвящимися отростками; присутствуют в белом веществе мозга. Концевые расширения их отростков окружают области перехватов в миелиновых волокнах. Протоплазматические астроциты с многочисленными короткими и ветвящимися отростками; находятся в сером веществе. Концевые расширения их отростков окружают области синапсов.
Согласно другой классификации различают астроциты типа I и II типа. Астроциты типа I находятся в контакте с капиллярами мозга и участвуют в транспорте метаболитов. Астроциты типа II окружают нейроны и синапсы и оказывают модулирующее влияние на электрические реакции в этих структурах.
В основу другой классификации астроцитов положен критерий экспрессии в клеточной мембране молекулярных переносчиков (транспортёров) и рецепторов. Астроциты GluT имеют переносчики глутамата (EAAT1 and EAAT2) и реагируют на секрецию этого нейромедиатора в синапсе, изменяя интенсивность его трансмембранного переноса. Астроциты GluR содержат рецепторы глутамата, преимущественно mGluR и AMPA, и реагируют на секрецию этого нейромедиатора в синапсе, опосредованную работой ионных каналов и зависимым от инозитолтрифосфата изменением содержания Ca2+.
Функции
Функции астроглии многочисленны.
· В гистогенезе — проводящие пути для миграции недифференцированных нейронов в коре мозжечка и для врастания аксонов в зрительный нерв.
· Транспорт метаболитов из капилляров мозга в нервную ткань. Астроцитарные ножки почти полностью покрывают капилляры мозга.
· Регуляция химического состава межклеточной жидкости. Астроциты участвуют в метаболизме глутаминовой и g‑аминомасляной кислот, соответственно возбуждающего и тормозного нейромедиаторов ЦНС. После высвобождения этих нейромедиаторов в синаптическую щель часть молекул поступает в астроциты, где превращается в глутамин.
· Астроциты изолируют рецептивные поверхности нейронов.
· Участие в патологических процессах — пролиферация и замещение погибших нейронов.
· Фагоцитоз и экспрессия Аг MHC II.
· Астроциты выделяют ряд веществ, способствующих росту аксонов: фактор роста нервов (NGF), компоненты межклеточного матрикса ламинин и фибронектин, инициирующие и ускоряющие удлинение отростков нейронов.
МИЕЛИНОБРАЗУЮЩИЕ КЛЕТКИ
Миелинобразующие клетки — шванновские и олигодендроциты. Миелин — компактная структура из мембран, спирально закрученных вокруг аксонов. 70% массы миелина составляют липиды. Важные компоненты — белки миелина: P0, P22, основный, или щелочной белок миелина, протеолипидный и другие.
Олигодендроциты
Олигодендро(глио)циты, как правило, более мелкие клетки, чем астроциты, но в этих миелинобразующих клетках ЦНС высока плотность органелл. В сером веществе мозга олигодендроциты находятся в непосредственном контакте с перикарионами и отростками нейронов. В белом веществе олигодендроциты расположены рядами между нервными волокнами. Именно миелин придает белому веществу характерный цвет, отличающий его от серого вещества. При помощи тонких неветвящихся отростков олигодендроциты контактируют с аксонами и, продвигаясь относительно аксона уплощёнными концами отростков, окружают его циркулярной пластиной миелина (хорошая аналогия — вращаясь вокруг аксонов, наматывают миелин на аксон). Каждый олигодендроцит при помощи своих отростков миелинизирует несколько аксонов.
Шванновские клетки входят в состав миелиновых и безмиелиновых периферических нервных волокон, синтезируют белки P0, P1, P2, образуют миелин и рассматриваются как аналоги олигодендроцитов. Миелинизация аксонов в периферической нервной системе рассмотрена на рисунке 8-19. Каждая шванновская клетка миелинизирует один аксон. Маркёр шванновских клеток — белок S‑100. Шванновские клетки образуют щелевые контакты.
· Болезнь Шарко–Мари–Тута. При одной из форм этой наследственной невропатии шванновские клетки синтезируют и содержат дефектный белок щелевого контакта коннексин‑32.
· Демиелинизация происходит при мутациях генов, кодирующих белки миелина, щелевых контактов и др., а также развивается вследствие иммунологических дефектов (множественный склероз, синдром Гийена–Барре) и вторично — при разных заболеваниях (диабетическая невропатия, недостаток витамина В12).
ЭПЕНДИМНАЯ ГЛИЯ
Эпендимные клетки (рис. 8-1, см. также рис. 4-1) кубической формы образуют эпителиоподобный пласт, выстилающий центральный канал и желудочки мозга. Клетки имеют хорошо развитые реснички и многочисленные пузырьки в цитоплазме. Клетки формируют промежуточные, плотные и щелевые контакты и образуют барьер проницаемости. В некоторых отделах желудочков мозга присутствуют атипичные эпендимные клетки. Такие модифицированные эпендимные клетки выстилают сосудистую покрышку (tela choroidea) и сосудистое сплетение желудочков мозга (plexus choroideus) и секретируют цереброспинальную жидкость. Многослойная эпендима встречается у плода и в раннем постнатальном периоде, а у взрослого человека сохраняется в третьем желудочке над n. tuberis infundibularis нет в ТА, в некоторых отделах водопровода мозга и бокового углубления четвёртого желудочка. Танициты имеют вытянутый отросток с крупными гранулами, идущий в мозг и часто заканчивающийся на кровеносном сосуде. Клетки этого типа почти не имеют ресничек. В нейроонтогенезе отростки таницитов служат проводящими путями для миграции нейробластов.
Микроглия
Клетки микроглии имеют небольшие размеры, неправильную форму, многочисленные ветвящиеся отростки, ядро с крупными глыбками хроматина, множество лизосом, гранулы липофусцина и плотные пластинчатые тельца. Функция в интактном мозге неясна. В ответ на повреждения самого различного характера клетки микроглии быстро размножаются и активируются. Колониестимулирующий фактор макрофагов (M-CSF), колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов (GM-CSF) и ИЛ3 — митогены для клеток микроглии. Активация микроглиоцитов заключается в их пролиферации, экспрессии Аг MHC II и проявлении фагоцитарной активности и сопровождает различные заболевания (болезнь Альцхаймера, множественный склероз, аутоиммунный энцефалит и др.).
ПЕРИФЕРИЧЕСКАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА
Нервные волокна
В зависимости от того, формируют ли шванновские клетки вокруг осевого цилиндра миелин, выделяют безмиелиновые и миелиновые нервные волокна. Скорость проведения возбуждения существенно зависит от диаметра и миелинизации нервного волокна (табл. 8-3).
Таблица 8–3. Классификация нервных волокон по диаметру и скорости проведения
Тип | Диаметр, мкм | Скорость проведения, м/с | Структуры |
Соматические и висцеральные эфференты | |||
A |
|
|
|
a-Мотонейроны | 12–20 | 70–120 | Экстрафузальные мышечные волокна |
g-Мотонейроны | 2–8 | 10–50 | Интрафузальные мышечные волокна |
B | <3 | 3–15 | Преганглионарные аксоны к нейронам вегетативных ганглиев |
C | 0,2–1,2 | 0,7–2,3 | Постганглионарные аксоны для ГМК и желёз |
Кожные афференты | |||
Aa | 12–20 | 70–120 | Рецепторы суставов |
Ab | 6–12 | 30–70 | Пластинчатые тельца и осязательные рецепторы |
Ad | 2–6 | 4–30 | Осязательные, температурные и болевые рецепторы |
C | <2 | 0,5–2 | Болевые, температурные, некоторые механорецепторы |
Висцеральные афференты | |||
A | 2–12 | 4–70 | Рецепторы внутренних органов |
C | <2 | 0,2–2 | Рецепторы внутренних органов |
Мышечные афференты | |||
Ia | 12–20 | 70–120 | Аннулоспиральные окончания мышечных веретён |
Ib | 12–20 | 70–120 | Сухожильные органы |
II | 6–12 | 30–70 | Вторичные окончания мышечных веретён |
III | 2–6 | 4–30 | Окончания, ответственные за болевое давление |
IV | <2 | 0,5–2 | Болевые рецепторы |
Безмиелиновые нервные волокна
Безмиелиновые нервные волокна состоят из осевых цилиндров, окружённых шванновскими клетками. При погружении осевого цилиндра в шванновскую клетку её клеточная мембрана смыкается и образует мезаксон (рис. 8-17) — сдвоенные мембраны шванновской клетки. Каждая шванновская клетка подобным образом окружает несколько осевых цилиндров.
Рис. 8-17. Образование миелинового волокна. В верхней части рисунка показаны ранние стадии образования миелина. По мере удлинения мезаксона происходит спиральное наслаивание мембраны шванновской клетки. При этом её цитоплазма смещается на периферию. Насечка миелина — узкая полоса, в пределах которой мембраны миелина расходятся, и между ними расположены небольшие островки цитоплазмы шванновской клетки. В нижней части рисунка дана схема продольного среза миелинового волокна в области узлового перехвата — границы между соседними шванновскими клетками, где они соединяются при помощи переплетающихся коротких отростков. В перехвате аксолемма осевого цилиндра не покрыта миелиновой оболочкой. [17]
Миелиновое нервное волокно
Миелиновое нервное волокно состоит из осевого цилиндра, вокруг которого шванновские клетки образуют миелин за счёт удлинения и концентрического наслаивания мембран мезаксона. Каждая шванновская клетка миелинизирует небольшой сегмент только одного аксона. Миелин прерывается через регулярные промежутки — узловые перехваты. Фактически это границы между двумя соседними шванновскими клетками. В миелине периферических нервов присутствуют небольшие просветления — насечки миелина. Снаружи от миелина располагаются тонкий слой цитоплазмы шванновской клетки и её ядро.
Осевой цилиндр содержит митохондрии, элементы гладкой эндоплазматической сети, пузырьки, а также элементы цитоскелета — микротрубочки, нейрофиламенты и микрофиламенты. Диаметр аксона, а следовательно и скорость проведения импульсов по этому аксону, определяются количеством в нем нейрофиламентов. В нормальных и патологических условиях количество нейрофиламентов и диаметр аксона тесно коррелируют.
Аксонный транспорт различных компонентов обеспечивает кинезин микротрубочек. Различают быстрый (100–1000 мм/сутки) и медленный аксонный транспорт (1–10 мм/сутки), а также антероградный (транспорт от перикариона) и ретроградный (к перикариону). Основной материал антероградного транспорта — белки, синтезированные в перикарионе (например, белки ионных каналов, ферменты синтеза нейромедиаторов).
Узловые перехваты. На границе между соседними шванновскими клетками участок плазматической мембраны аксона (аксолемма) не прикрыт миелином. Здесь шванновские клетки образуют многочисленные переплетающиеся отростки. Аксолемма перехватов содержит множество потенциалозависимых Na+-каналов, необходимых для поддержания импульсной активности. Эти каналы практически отсутствуют в прикрытых миелином сегментах аксона. Преимущественную локализацию Na+-каналов в перехватах контролируют связанные с каналами молекулы анкирина G. Скачкообразное проведение нервных импульсов в миелиновых волокнах, когда сигнал перескакивает от одного перехвата к другому, как раз и обеспечивают Na+-каналы перехватов. По этой же причине в миелиновых волокнах (в отличие от не имеющих перехватов безмиелиновых волокон) скорость проведения выше.
Насечки миелина — участки расслоения миелина, образовавшиеся при миелинизации; в них присутствует цитоплазма шванновских клеток. Функция насечек неясна.
Периферические нервы состоят из миелиновых и безмиелиновых волокон, сгруппированных в пучки, и соединительнотканных оболочек (рис. 8-17А).
Рис. 8-17А. Нервный ствол (в поперечном разрезе) состоит из миелиновых и безмиелиновых нервных волокон и соединительнотканных оболочек. Миелиновые нервные волокна (1) имеют вид округлых профилей, центральная часть которых занята осевым цилиндром. Эпиневрий (2) — соединительная ткань, покрывающая нерв с поверхности. Полутонкий срез, фиксация осмиевой кислотой.
ОБОЛОЧКИ НЕРВА
К оболочкам нерва относятся эндоневрий (endoneurium), периневрий (perineurium) и эпиневрий (epineurium).
Эндоневрий
Эндоневрий — рыхлая соединительная ткань между отдельными нервными волокнами.
Периневрий
Периневрий содержит наружную часть — плотную соединительную ткань, окружающую каждый пучок нервных волокон, и внутреннюю часть — несколько концентрических слоёв плоских периневральных клеток, снаружи и изнутри покрытых исключительно толстой базальной мембраной, содержащей коллаген типа IV, ламинин, нидоген и фибронектин.
Периневральный барьер необходим для поддержания гомеостаза в эндоневрии, его образует внутренняя часть периневрия — эпителиоподобный пласт периневральных клеток, соединённых при помощи плотных контактов. Барьер контролирует транспорт молекул через периневрий к нервным волокнам, предотвращает доступ в эндоневрий инфекционных агентов.
Эпиневрий
Эпиневрий — волокнистая соединительная ткань, объединяющая все пучки в составе нерва.
Кровоснабжение
Периферический нерв содержит разветвлённую сеть кровеносных сосудов. В эпиневрии и в наружной (соединительнотканной) части периневрия — артериолы и венулы, а также лимфатические сосуды. Эндоневрий содержит кровеносные капилляры.
Иннервация
Периферический нерв имеет специальные нервные волокна — nervi nervorum — тонкие чувствительные и симпатические нервные волокна. Их источник: сам нерв или сосудистые нервные сплетения. Терминали nervi nervorum прослежены в эпи-, пери- и эндоневрии.
ДЕГЕНЕРАЦИЯ И РЕГЕНЕРАЦИЯ
При повреждении нерва центральный отрезок (связанный с перикарионами) и периферический отрезок (дистальнее места повреждения) претерпевают разные изменения. Дегенерация нервных волокон (рис. 8-18 и 8-19) происходит на небольшом протяжении центрального и на всём протяжении периферического отрезка — уоллеровская дегенерация.
Рис. 8-18. Регенерация нервного волокна. А — волокно до повреждения; Б — в периферическом отрезке аксон дегенерирует, клетки в месте повреждения пролиферируют; В — регенерация аксона в центральном отрезке, прорастание веточек аксона в периферический отрезок; Г — полная регенерация нервного волокна и восстановление связей. [17]
Рис. 8-19. Взаимоотношения между шванновскими клетками и регенерирующими аксонами. А — интактное волокно; Б — после перерезки в периферическом отрезке шванновские клетки, утратившие связь с аксоном, начинают продуцировать фактор роста нервов и его рецепторы, встраивающиеся в клеточную мембрану самих шванновских клеток; В и Г — контакт шванновских клеток с растущим аксоном блокирует в шванновских клетках синтез фактора роста нервов и его рецепторов. [17]
Уоллеровская дегенерация
Функции перикариона после травмы нерва существенно угнетены [в частности, происходит распыление хроматофильного вещества (тигролиз), что отражает прекращение синтеза белка, следовательно — аксонного транспорта]. Уоллеровская дегенерация проявляется в виде разрушения осевых цилиндров, их фрагментации, распада миелина. Фрагменты осевых цилиндров и миелина захватывают макрофаги и частично шванновские клетки, формирующие бюнгнеровские ленты.
· Бюнгнеровская лента — цепочка шванновских клеток, служащая направляющими путями для регенерирующих аксонов (точнее — аксонов из центрального отрезка нервного волокна).
· Аксонный транспорт, обеспечивающий регенерацию аксонов, возобновляется в центральном отрезке повреждённого нерва через три дня и полностью восстанавливается через две недели после травмы. Скорость роста регенерирующих аксонов составляет 0,25 мм в сутки, а после прохождения зоны травмы увеличивается до 3–4 мм в сутки.
· Ампутационная неврома. Если центральный и периферический отрезки перерезанного нерва разделены промежутком, в котором неизбежно происходит образование соединительнотканного рубца, то регенерирующие аксоны здесь интенсивно и беспорядочно разрастаются, образуя так называемую ампутационную неврому. Ампутационная неврома препятствует дальнейшей регенерации и восстановлению иннервации. Для предупреждения образования ампутационной невромы центральный и периферический отрезки нерва максимально сближают и сшивают отдельные пучки повреждённого нерва.
Регенерация периферического отрезка
Конус роста аксона перемещается по поверхности шванновской клетки (по бюнгнеровским лентам), отслаивая покрывающую её базальную мембрану. Шванновские клетки — источник стимулирующих удлинение аксона факторов и молекул адгезии. Выделяемые шванновской клеткой различные стимуляторы (нейротрофические факторы) поглощаются аксоном и ретроградно транспортируются в перикарион. В перикарионе эти факторы стимулируют синтез белка и поддерживают его на высоком уровне. В регенерирующем нерве шванновские клетки пролиферируют, синтезируют компоненты базальной мембраны, внеклеточного матрикса и формируют миелин. Шванновские клетки стимулируют удлинение аксона и контролируют его направленный рост к мишени. При отсутствии шванновских клеток аксоны не могут расти на значительные расстояния. В эксперименте трансплантация шванновских клеток в ЦНС поддерживает регенерацию аксонов, в обычных условиях не происходящую.
Коллатеральное ветвление (спраутинг). Восстановление утраченных связей может происходить и за счёт образования коллатеральных ветвей из окружающих и неповреждённых нервных волокон. Чаще коллатеральные ветви отходят от участка аксона в области узлового перехвата (рис. 8-20).
Рис. 8-20. Ветви аксона двигательного нейрона. Коллатерали образуются в области нервной терминали и претерминальной части нервного волокна, но чаще — в узловых перехватах. [17]
Чувствительные нервные узлы
Спинномозговой узел (ganglion spinale) покрыт соединительнотканной капсулой. Внутри узла находятся группы псевдоуниполярных чувствительных нейронов, между которыми проходят пучки миелиновых волокон. Перикарионы нейронов имеют округлую форму и окружены клетками-сателлитами. Популяция нейронов ганглия неоднородна (табл. 8-4). Малые нейроны содержат вещество P, соматостатин и холецистокинин; половина всех нейронов — глутамин. От 35 до 65% малых нейронов содержит одновременно вещество P и глутамин. Оба эти нейромедиатора секретируются из одних и тех же терминалей в пределах пластинки II серого вещества спинного мозга. 20% псевдоуниполярных нейронов спинномозговых узлов передаёт возбуждение со своих центральных отростков на нейроны спиноталамического пути при помощи нейромедиатора пептидной природы — вещества P. Спинномозговые узлы содержат более 20 различных подтипов чувствительных нейронов. Многие нейроны имеют нейропептиды соматостатин, вещество P, относящийся к кальцитониновому гену пептид. Некоторые нейроны экспрессируют галанин, VIP, холецистокинин, нейротензин, нейропептид Y.
Таблица 8–4. Функции разного размера нейронов спинномозговых узлов
Малые | Промежуточные | Крупные |
Болевая (высокопороговые механорецепторы) и температурная чувствительность | Тактильная чувствительность | Проприорецепция |
Ответственные за проприорецепцию крупные нейроны передают информацию в ЦНС о длине мышцы и мышечном тонусе. Их периферические отростки заканчиваются в мышечных веретенах (афференты Ia) или сухожильных органах (афференты Ib). Центральные отростки входят в спинной мозг и образуют синапсы со вставочными нейронами (афференты Ia и Ib) и мотонейронами (только афференты Ia).
Черепной узел. Чувствительные нейроны в спиральном и вестибулярном ганглиях являются биполярными.
Нервные окончания
Окончания аксонов периферических нервов подразделяют на чувствительные (афферентные) и двигательные (эфферентные).
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ НЕРВНЫЕ ОКОНЧАНИЯ
Внешние раздражители, а также сигналы о состоянии внутренней среды и двигательной системы организма регистрируют чувствительные нервные окончания — сенсорные рецепторы. По Лаврентьеву, различают свободные и несвободные воспринимающие приборы. Свободные нервные окончания — терминальные ветвления периферического отростка чувствительного нейрона. Для свободных нервных окончаний, локализованных в соединительной ткани, термин свободное условен, т.к. ветвления осевого цилиндра, как правило, окружены вспомогательными клетками (аналогичны шванновским). Несвободные нервные окончания, помимо терминальных ветвлений периферического отростка чувствительного нейрона, содержат специальные клетки. Практически все окончания этого типа — механорецепторы. Инкапсулированные механорецепторы (инкапсулированные тельца) — несвободные окончания, имеющие оформленную соединительнотканную капсулу.
Свободные нервные окончания
Свободные нервные окончания (рис. 8-21) — наиболее распространённый тип сенсорных рецепторов. Расположены в прослойках соединительной ткани внутренних органов, а также в соединительнотканной основе кожи, где они сосредоточены преимущественно в сосочках. Свободные нервные окончания эпидермиса расположены в базальном и шиповатом его слоях. В областях кожи с высокой тактильной чувствительностью (например, пальцы рук) терминали достигают зернистого слоя. Некоторые свободные окончания в соединительной ткани имеют билатеральную организацию (рис. 8-21) и напоминают сэндвич: в центре расположена нервная терминаль эллиптической формы, а снаружи — вспомогательные клетки. Большинство свободных нервных окончаний — механорецепторы. Некоторые окончания в эпидермисе определённо специализированы для регистрации изменений температуры. Имеются также рецепторы, способные определять изменения рН, рО2 и рСО2.
Рис. 8-21. Свободные нервные окончания в соединительной ткани. Осевой цилиндр контактирует с вспомогательными клетками на значительном протяжении или полностью окружён ими. Свободное нервное окончание, изображённое в нижней части рисунка, имеет билатеральную организацию: в центре расположена эллиптической формы нервная терминаль, покрытая вспомогательными клетками. [17]
Комплекс тактильного эпителиоцита с нервной терминалью
Тактильный эпителиоцит — округлые или удлинённые клетки, локализованные в эпителии (рис. 8-22), Они соединяются с эпителиоцитами при помощи десмосом и формируют контакт с нервными терминалями. В области контакта с осязательной клеткой терминаль резко расширена, содержит множество митохондрий, нейрофиламентов, микротрубочек, пузырьков гладкой эндоплазматической сети и липидных включений.
Тактильные эпителиоциты крупнее соседних кератиноцитов, ядро вытянутое и дольчатое, цитоплазма светлее, в ней равномерно распределены и в умеренном количестве содержатся митохондрии, лизосомы, мультивезикулярные тельца, вакуоли, микрофиламенты. Эндоплазматическая сеть развита слабо. Встречаются отдельные рибосомы, иногда образующие скопления; гранулы гликогена, меланосомы и центриоли. Между органеллами рассеяно небольшое количество промежуточных филаментов, образующих компактные пучки в пальцевидных выростах.
Для тактильных эпителиоцитов характерны специфическиеосмиофильные гранулы размером от 80 до 200 нм. Они сосредоточены преимущественно в обращённых к нервной терминали участках цитоплазмы. На противоположной от ядра стороне расположен хорошо выраженный комплекс Гольджи, имеющий прямое отношение к формированию специфических гранул. В тактильных эпителиоцитах обнаружены пептиды и нейроноспецифические вещества, что свидетельствует об эндокринной функции клеток и позволяет рассматривать их как компонент диффузной нейроэндокринной системы. Это метионин-энкефалин, VIP, относящийся к кальцитониновому гену пептид, вещество Р, пептид гистидин-изолейцин, нейроноспецифическая енолаза, хромогранин А и др.
Тактильные эпителиоциты образуют медленно адаптирующиеся кожные механорецепторы, которые в ходе тактильного восприятия участвуют в распознавании формы объекта, его края, текстуры поверхности. Они составляют 25% от всех тактильных рецепторов на руке с наибольшей плотностью в кончиках пальцев. Их компактные скопления выявлены также в губах и наружных половых органах. Тактильный эпителиоцит может нести позиционную информацию для определения места окончательной локализации терминали периферического отростка чувствительного нейрона в нейрогенезе или при регенерации нервов.
Трансформированные тактильные эпителиоциты присутствуют в нейроэндокринных карциномах кожи и трабекулярных карциномах различной локализации (толстая кишка, лёгкие). В подобных опухолях тактильные эпителиоциты сохраняют некоторые специфичные для них свойства. Так, иммуногистохимическая реакция на нейроноспецифическую енолазу остаётся положительной и служит маркёром диагностики опухолей, содержащих трансформированные тактильные эпителиоциты.
Рис. 8-22. Комплекс тактильного эпителиоцита с нервной терминалью. Тактильный эпителиоцит расположен в базальном слое эпидермиса, образует отростки и связывается с кератиноцитами при помощи десмосом. Расширенная нервная терминаль вступает в контакт с тактильным эпителиоцитом. Специфические гранулы расположены в обращённой к нервной терминали части клетки. [17]
Веретеновидное тельце
Веретеновидные тельца (рис. 8-23) — крупные рецепторы веретеновидной формы длиной до 2 мм и диаметром около 150 мкм — расположены в соединительной ткани кожи и суставов. Сердцевину рецептора (внутренняя колба) образуют ветвящиеся нервные терминали, окружённые пластинчатыми клетками, аналогами шванновских. Нервные терминали булавовидно расширены и содержат скопления митохондрий и везикул. Терминали не покрыты пластинчатыми клетками и отделены базальной мембраной от так называемого капсулярного пространства, расположенного между капсулой и внутренней колбой. Это достаточно обширное пространство заполнено жидкостью, содержит фибробласты, макрофаги и неориентированные коллагеновые волокна, вплетающиеся во внутреннюю колбу. Капсула тельца состоит из 4–5 слоёв уплощённых клеток.
Рис. 8-23. Веретеновидное тельце содержит внутреннюю колбу с густой сетью разветвлённых нервных терминалей и вспомогательными пластинчатыми клетками. Снаружи тельце покрыто соединительнотканной капсулой из нескольких слоёв уплощённых фибробластов. Между внутренней колбой и капсулой находится заполненное жидкостью капсулярное пространство. [17]
Пластинчатое тельце
Пластинчатые тельца (рис. 8-24, 8-24А) обнаружены в соединительной ткани кожи и различных органов, имеют овальную форму, размер до 0,5–1,0 мм. Внутренняя колба, наружная капсула и терминальное нервное волокно — основные компоненты тельца. Центральная часть внутренней колбы занята одиночным безмиелиновым волокном, ориентированным параллельно длинной оси тельца. Внутренняя колба состоит из нескольких десятков отростчатых клеток, образующих две разделённые щелями полуокружности. По периферии внутренней колбы расположены тела её клеток, в их цитоплазме содержатся большое количество митохондрий, хорошо развитая эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, множество мелких вакуолей. Наружная капсула — множество уплощённых фибробластов. Между клетками сосредоточено значительное количество коллагеновых волокон. К пластинчатому тельцу подходит толстое миелинизированное нервное волокно. Внутри наружной капсулы оно образует несколько узловых перехватов. Подойдя к внутренней колбе рецептора, нервное волокно теряет миелин и переходит в чувствительную нервную терминаль.
В 1896 г. в Казанской гистологической лаборатории Д.А. Тимофеев обнаружил в пластинчатых тельцах дополнительное нервное волокно (рис. 8-25). Функция этого волокна неясна.
Адекватная механическая стимуляция пластинчатых телец приводит к появлению рецепторного потенциала в терминальной части нервного окончания. Достигнув критической величины, рецепторный потенциал в первом узловом перехвате вызывает появление потенциалов действия. Наружная капсула рецептора — фильтр, пропускающий только динамическую составляющую механического воздействия. Рассматриваемый тип чувствительных нервных окончаний относится к фазным, или быстроадаптирующимся рецепторам. Пластинчатые тельца, как и все тканевые механорецепторы, — первичночувствующие рецепторы. Это означает, что первичный трансформационный процесс происходит в нервной терминали рецептора.
Рис. 8-24. Пластинчатое тельце состоит из билатерально организованной внутренней колбы и наружной соединительнотканной капсулы. Клетки внутренней колбы образуют отростки, концентрическими полукольцами окружающие чувствительную нервную терминаль. Стрелками указана щель внутренней колбы, проходящая параллельно короткой оси эллипса нервной терминали. [17]
Рис. 8-24А. Пластинчатое тельце Пачини состоит из внутренней колбы и наружной соединительнотканной капсулы. Клетки внутренней колбы концентрическими полукольцами окружают чувствительную нервную терминаль. Капсулу образуют уплощённые фибробласты и коллагеновые волокна. Окраска гематоксилином и эозином.
Рис. 8-25. Дополнительное волокно в инкапсулированном рецепторе. Наряду с основным волокном, в состав рецептора входит более тонкое дополнительное волокно. Терминаль основного волокна редко ветвится во внутренней колбе, тогда как дополнительное волокно образует вокруг него густую сеть. [17]
Тактильное тельце
Тактильные тельца (рис. 8-26) присутствуют в сосочковом слое кожи, наиболее компактно располагаясь в кончиках пальцев. Образующие их нервные волокна составляют 40% от всех афферентных волокон, собирающих тактильную информацию на руке (табл. 8-5). Тельце имеет удлинённую форму, снаружи покрыто соединительнотканной капсулой. Сердцевина тельца образована пластинчатыми вспомогательными клетками, чередующимися с расширенными нервными терминалями. В формировании тельца участвует несколько миелиновых волокон.
Рис. 8-26. Тактильное тельце окружено соединительнотканной капсулой с вплетёнными в неё коллагеновыми волокнами окружающей соединительной ткани. Подходящие к тельцу нервные волокна теряют миелин и заходят внутрь тельца, где формируют многочисленные терминали, окружённые вспомогательными клетками. [17]
Таблица 8-5. Количество афферентных волокон, собирающих тактильную информацию на руке и принадлежащих конкретному типу механорецепторов
Механорецептор | Количество волокон, % |
Тактильное тельце | 40 |
Пластинчатое тельце | 10–15 |
Комплекс тактильного эпителиоцита с нервной терминалью | 25 |
Веретеновидное тельце | 20 |
Другие тельца (например, колбы Краузе, генитальные тельца, тельца Гольджи–Маццони) встречаются реже.
Рецепторы мышц и суставов
Мышечные веретёна (рис. 8-27) — чувствительные воспринимающие приборы скелетной мышцы. Их количество в различных мышцах значительно варьирует, но они присутствуют практически во всех мышцах, за исключением некоторых глазных. Основные структурные элементы мышечного веретена — интрафузальные мышечные волокна, нервные волокна и капсула. Мышечное веретено содержит от 1 до 10 коротких интрафузальных мышечных волокон. В средней (экваториальной) их части ядра образуют компактное скопление (волокна с ядерной сумкой) или располагаются цепочкой (волокна сядерной цепочкой). Терминали Ia-волокон образуют спираль в пределах экваториальной зоны обоих типов интрафузальных мышечных волокон (первичные, или аннулоспиральные окончания). Терминали более тонких II-волокон заканчиваются на интрафузальных волокнах в области, расположенной рядом с экваториальной (вторичные окончания, чаще встречаются в волокнах с ядерной цепочкой). Эфферентные Аg-волокна образуют нервно-мышечные синапсы с интрафузальными волокнами в концевой их части.
Рис. 8-27. Мышечное веретено. Интрафузальные мышечные волокна с компактным скоплением ядер — волокна с ядерной сумкой, в интрафузальных волокнах с ядерной цепочкой ядра распределены по длине волокна более равномерно. К веретену подходят афферентные и эфферентные нервные волокна. Аннулоспиральные (первичные) сенсорные окончания образованы безмиелиновыми терминалями афферентных Ia-волокон в экваториальной зоне обоих типов интрафузальных мышечных волокон. Ближе к концам интрафузальных волокон (чаще волокон с ядерной цепочкой) расположены терминали тонких афферентных II-волокон — вторичные окончания. Эфферентные Аg-волокна образуют нервно-мышечные синапсы с интрафузальными волокнами в концевой их части. [17]
Сухожильные органы (рис. 8-28) расположены в концевой части сухожилия на границе с мышцей, а также в связках капсулы суставов. Рецептор имеет веретеновидную форму и окружён капсулой, состоящей из нескольких слоёв плоских клеток. Капсула рецептора — продолжение периневрия и содержит капилляры. В образовании сухожильного органа участвуют терминали афферентных миелиновых волокон (Ib), они ветвятся среди пучков спиралевидных коллагеновых волокон, расположенных в заполненном жидкостью пространстве.
Рис. 8-28. Сухожильный орган. Рецептор окружён капсулой, через которую в средней части органа проходит миелиновое нервное волокно, образующее терминальное сплетение среди коллагеновых волокон. [17]
Чувствительные нервные окончания в капсуле суставов — важный элемент проприоцептивной системы организма. Веретеновидные тельца (рис. 8-25) расположены в периферических участках капсулы. Пластинчатые пачиниподобные тельца — сенсорные рецепторы существенно меньших размеров, чем пластинчатые тельца, а также свободные нервные окончания — терминали тонких миелиновых волокон и безмиелиновых волокон, среди которых, по-видимому, присутствуют и болевые рецепторы, широко представлены во всех компонентах сустава, но наибольшей плотности достигают в мениске и суставном диске.
ДВИГАТЕЛЬНЫЕ НЕРВНЫЕ ОКОНЧАНИЯ
Рассмотрим характеристики двигательных нервных окончаний на примере нервно-мышечных синапсов. Как и в других синапсах, здесь различают пресинаптическую и постсинаптическую области, разделённые синаптической щелью.
Пресинаптическая область
Двигательная нервная терминаль (рис. 8-29, 8-29А) нервно-мышечного синапса снаружи покрыта шванновской клеткой, имеет диаметр 1–1,5 мкм и образует пресинаптическую область нервно-мышечного синапса, которая (в отличие от претерминальной части аксона) не содержит нейрофиламентов и микротрубочек. В пресинаптической области в большом количестве присутствуют синаптические пузырьки и митохондрии.
Рис. 8-29. Нервно-мышечный синапс. Пресинаптическая часть образована терминалью аксона мотонейрона и содержит скопление синаптических пузырьков вблизи пресинаптической мембраны, а также митохондрии. Постсинаптические складки увеличивают площадь поверхности постсинаптической мембраны. В синаптической щели находится синаптическая базальная мембрана (продолжение базальной мембраны мышечного волокна), она заходит в постсинаптические складки. В синаптической щели также находятся молекулы ацетилхолинэстеразы. Этот фермент расщепляет ацетилхолин и устраняет эффект деполяризующего сигнала на мышечное волокно. [17]
Рис. 8-29А. Нервно-мышечный синапс. Иммуногистохимическая реакция с антителами против белка S100. С антителами прореагировали синаптические шванновские клетки (осадок реакции красно-коричневого цвета).
Пресинаптическая мембрана — специализированная часть аксолеммы нервной терминали. В пресинаптической мембране выявлены так называемые активные зоны — участки утолщения мембраны, имеющие прямое отношение к секреции медиатора. Рядом с активными зонами в пресинаптической мембране находятся углубления, количество которых коррелирует с уровнем секреции ацетилхолина. Пресинаптическая мембрана содержит потенциалозависимые Ca2+-каналы. При деполяризации мембраны каналы открываются, и ионы Ca2+ входят в терминаль, запуская секрецию квантов ацетилхолина.
Синаптические пузырьки присутствуют практически в любой области нервной терминали, но в непосредственной близости от пресинаптической мембраны они образуют выраженное скопление. Размеры пузырьков варьируют, их средний диаметр равен 50 нм. В холинергических синапсах светлые синаптические пузырьки содержат ацетилхолин. Часть пузырьков находится в тесном контакте с пресинаптической мембраной. Ботулинический и столбнячный нейротоксины блокируют секрецию ацетилхолина.
Постсинаптическая область
Для постсинаптической области характерно наличие крупных митохондрий с хорошо развитыми кристами и большого количества рибосом (существенно больше, чем в других областях саркоплазмы).
Постсинаптическая мембрана — специализированная часть плазмолеммы мышечного волокна — образует многочисленные инвагинации, от которых на глубину 0,5–1,0 мкм отходят постсинаптические складки, чем существенно увеличивается площадь мембраны. В постсинаптическую мембрану встроены н-холинорецепторы, их концентрация достигает 20–30 тысяч на 1 мкм2.
· Миастения тяжёлая псевдопаралитическая (myasthenia gravis) — аутоиммунное заболевание, при котором образуются АТ к н-холинорецепторам. Циркулирующие в крови АТ связываются с н-холинорецепторами постсинаптической мембраны мышечных волокон и препятствуют взаимодействию холинорецепторов с ацетилхолином и угнетают их функцию, что приводит к нарушению синаптической передачи и развитию мышечной слабости.
· Денервация. При двигательной денервации происходит значительное увеличение чувствительности мышечных волокон к эффектам ацетилхолина вследствие увеличенного синтеза рецепторов ацетилхолина и их встраивания в плазмолемму по всей поверхности мышечного волокна (внесинаптические рецепторы).
· Внесинаптические холинорецепторы. Холинорецепторы присутствуют также в мембране мышечного волокна вне синапса, но здесь их концентрация на порядок величины меньше, чем в постсинаптической мембране. В развивающемся мышечном волокне холинорецепторы равномерно распределены в мембране волокна. Переключение с эмбрионального на дефинитивный тип рецепторов происходит при формировании синапсов. В денервированной мышце исчезают дефинитивные холинорецепторы, но чувствительность к ацетилхолину возрастает, что связано с интенсивным синтезом и включением в мембрану мышечных волокон большого количества холинорецепторов эмбрионального типа. При регенерации нервного волокна и восстановлении его контакта с мышечным волокном включается синтез холинорецепторов дефинитивного типа, встраивающихся в постсинаптическую мембрану.
Синаптическая щель
Через синаптическую щель проходит синаптическая базальная мембрана. Она содержит несколько сигнальных белков (агрин, S-ламинин и др.) и играет важную роль в регуляции дифференцировки пре- и постсинаптической структур. Синаптическая базальная мембрана удерживает в области синапса терминаль аксона, контролирует расположение холинорецепторов в виде скоплений в постсинаптической мембране. Сигнальные молекулы синаптической базальной мембраны служат метками, при помощи которых растущий аксон мотонейрона находит синаптическую область на поверхности мышечного волокна.
Генез
Нейроны парасимпатического отдела происходят из нервного гребня (рис. 8-30) на уровне 1–7 сомитов (отдел блуждающего нерва) и каудальнее 28 сомита (пояснично-крестцовый отдел). Нейроны симпатического отдела и хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников развиваются из нервного гребня на уровне сомитов 8–28.
Рис. 8-30. Развитие вегетативной нервной системы наиболее детально изучено у птиц. Клетки нервного гребня на уровне 1–7 сомитов (отдел вагуса) и каудальнее 28 сомита (пояснично-крестцовый отдел) — предшественники нейронов парасимпатического отдела. Нервный гребень на уровне 1–7 сомитов служит источником вегетативных нейронов для пищеварительной трубки на всём её протяжении (звёздочки). Клетки нервного гребня каудальнее 28 сомита дифференцируются в вегетативные нейроны, иннервирующие каудальную треть пищеварительной трубки (кружки). Нейроны симпатического отдела развиваются из нервного гребня на уровне 8–28 сомитов. Хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников происходят из нервного гребня на уровне сомитов 18–24. [17]
План строения
В общем виде организация вегетативной нервной системы проиллюстрирована на рисунке 8-33, а анатомические связи симпатического отдела — на рисунке 8-34. Наиболее наглядно строение вегетативной нервной системы можно проследить на примере вегетативной иннервации пищеварительного тракта. В стенке пищеварительной трубки имеются нервные сплетения (подслизистое, межмышечное), представленные густой сетью нервных волокон, содержащей вегетативные ганглии. В последних сосредоточены перикарионы вегетативных нейронов. Количество нейронов в ганглии варьирует от нескольких до сотен. Совокупность нервных элементов пищеварительного тракта составляет энтеральную нервную систему.
Рис. 8-31. Вегетативная нервная система. Схема организации парасимпатического отдела представлена слева, симпатического отдела — справа. [17]
Рис. 8-32. Симпатический отдел вегетативной нервной системы. Перикарионы первого нейрона расположены в боковых столбах спинного мозга. Их аксоны проходят в составе передних корешков и белой соединительной ветви и заканчиваются на перикарионах второго нейрона в паравертебральных ганглиях симпатической цепочки, превертебральных ганглиях и ганглиях (терминальных), расположенных вблизи иннервируемых ими органов. Аксоны второго нейрона паравертебральных, превертебральных и терминальных ганглиев заканчиваются во внутренних органах, коже, стенке кровеносных сосудов. Аксоны некоторых нейронов паравертебральных ганглиев проходят через серую соединительную ветвь. [17]
Вегетативные нейроны
Первые данные о гетерогенности нейронов пищеварительного тракта получил А.С. Догель. Основываясь на форме клеток и характере ветвления их отростков после окраски ткани метиленовым синим, А.С.Догель выделил три типа нейронов. Энтеральные нейроны типа I: перикарионы имеют уплощённую форму, длинный аксон и большое количество коротких дендритов с расширенным основанием. Энтеральные нейроны типа II имеют перикарион овальной формы с гладкой поверхностью и длинные отростки. Энтеральные нейроны типа III: перикарионы имеют овальную или неправильную форму, один длинный аксон и большое количество сравнительно коротких дендритов различной длины. Вегетативные нейроны синтезируют и секретируют различные биологически активные вещества (нейромедиаторы и модуляторы).
Связи. Нейроны типа I образуют синапсы с ГМК и с нейронами типа II. А.С. Догель предположил, что нейроны типа I — двигательные, а нейроны типа II — чувствительные. Отростки нейронов типа III не только вступают в контакт с нейронами соседних ганглиев, но и проникают в слизистую и подслизистую оболочки.
Нейромедиаторы (ацетилхолин, норадреналин и серотонин) вызывают сокращение/расслабление ГМК, возбуждение/торможение нейронов энтеральной нервной системы, усиление/подавление секреции экзокринных желёз и энтероэндокринных клеток. Относительно функции g‑аминомасляной кислоты, вещества P и VIP накапливаются данные как о нейромедиаторах энтеральной нервной системы. В некоторых нейронах ганглиев межмышечного сплетения совместно присутствуют серотонин и вещество P. Известны и другие комбинации.
Модуляторы. Действие модуляторов на клетки–мишени облегчает или, наоборот, затрудняет влияние нейромедиатора на эти же клетки. В нейронах энтеральной нервной системы может присутствовать несколько модуляторов. Так, в нейронах типа III, отростки которых уходят в слизистую и подслизистую оболочки, кроме ацетилхолина, присутствуют нейропептид Y, соматостатин, холецистокинин, относящийся к кальцитониновому гену пептид.
Варикозные расширения. Аксон постганглионарного вегетативного нейрона образует многочисленные варикозные расширения — содержащие синаптические пузырьки локальные утолщения. Эти утолщения — места секреции нейромедиатора.
ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА
Головной отдел нервной трубки образует три расширения, или первичных мозговых пузыря: передний мозг (prosencephalon), средниймозг (mesencephalon) и ромбовидный мозг (rhombencephalon). На 5-й неделе передний мозг разделяется на две части: конечный мозг(telencephalon), образованный первичными полусферами мозга, и промежуточный мозг (diencephalon) с глазными пузырями (рис. 8-33 и 8-34). Средний мозг и ромбовидный мозг разделены глубоким перешейком (isthmus rhombencephali). Ромбовидный мозг разделяется на задний мозг (metencephalon) и продолговатый мозг (myelencephalon). Из заднего мозга развиваются мост (pons cerebri) и мозжечок(cerebellum). Остальная часть нервной трубки формирует спинной мозг. Полость заднего мозга известна как четвёртый желудочек. Полость промежуточного мозга — третий желудочек. Полости в полусферах мозга — боковые желудочки. Третий и четвёртый желудочки соединены просветом среднего мозга. Просвет сужается и образуется водопровод мозга (aqueductus cerebri). Боковые желудочки сообщаются с третьим желудочком через межжелудочковые отверстия (foramen interventriculare).
Рис. 8-33. Зачаток головного мозга состоит из трёх первичных мозговых пузырей: переднего, среднего и ромбовидного. Из переднего мозга развиваются конечный и промежуточный мозг. Ромбовидный мозг даёт начало заднему мозгу (мост и мозжечок) и продолговатому мозгу. [17]
Рис. 8-34. Развитие мозга в начале 6-й недели. Уже произошло разделение первичных мозговых пузырей на отделы головного мозга. В области промежуточного мозга виден глазной пузырь. Справа показаны полости в различных отделах мозга. На уровне конечного мозга боковые желудочки сообщаются с третьим желудочком через межжелудочковые отверстия. Зачаток сильвиева водопровода соединяет третий и четвёртый желудочки. [17]
Спинной мозг
Спинной мозг располагается в спинномозговом канале позвоночника от большого затылочного отверстия до второго поясничного позвонка. Спинной мозг состоит из двух симметричных половин (рис. 8-35, 8-35А), соединённых узкой перемычкой, содержащей центральный канал (canalis centralis), остаток полости нервной трубки. Спереди обе половины разделены глубокой передней щелью (fissura mediana anterior), а сзади — задней перегородкой (septum posterius), отходящей от задней срединной борозды (sulcus medianus posterior). На поперечном разрезе легко различимы лежащее снаружи белое вещество (substantiaalba) и расположенная глубже тёмная масса — серое вещество(substantia grisea). В верхних отделах спинного мозга белого вещества больше, чем в нижних. Передний и задний нервные корешки соединяются и образуют 31 пару спинномозговых нервов.
Рис. 8-35. Спинной мозг, поперечный срез. В передних рогах серого вещества видны мотонейроны — крупные мультиполярные нервные клетки (1). Белое вещество (2) состоит из нервных волокон (3) и клеток нейроглии. Импрегнация азотнокислым серебром по Бильшовскому–Гросс.
Рис. 8-35А. Поперечный срез спинного мозга. А — структуры серого и белого вещества. Б — топография пластинок в сером веществе. 1 — Sulcus medianus posterior, 2 — Radix dorsalis, 3 — Funiculus posterior, 4 — Septum medianum posterius, 5 — Cornu posterius, 6 — Funiculus posterolateralis, 7 — Funiculus anterolateralis, 8 — Cornu anterius, 9 — Commissura grisea posterior, 10 — Canalis centralis, 11 — Commissura grisea anterior, 12 — Commissura alba, 13 — Funiculus anterior, 14 — Fissura mediana anterior, 15 — Radix ventralis, 16 — Fasciculus gracilis, 17 — Fasciculus cuneatus, 18 — Fasciculus dorsolateralis, 19 — Tractus spinocerebellaris posterior, 20 — Tractus pyramidalis lateralis, 21 — Cellulae marginales, 22 — Substantia gelatinosa, 23 — N. proprius, 24 — Processus reticularis, 25 — Tractus spinocerebellaris anterior, 26 — Fasciculi proprii, 27 — Cellulae motoriae laterales, 28 —Substantia intermedia, 29 — Cellulae motoriae mediales, 30 — Tractus pyramidalis anterior, 31 — Fasciculus anterolateralis: tractus spinotectalis, tractus spinothalamicus, tractus spinoannularis, tractus spino-olivaris; 32 — Fasciculus longitudinalis medialis: tractus vestibulospinalis medialis, tractus vestibulospinalis lateralis, tractus reticulospinalis, tractus tectospinalis, tractus interstitiospinalis. [17]
СЕРОЕ ВЕЩЕСТВО
Серое вещество на поперечном разрезе имеет характерную форму бабочки, состоит из отростков нервных клеток и их перикарионов, образующих скопления — ядра, объединённые в пластинки. Каждая половина серого вещества формирует на протяжении всего спинного мозга выступы — серые столбы: передний столб — columna anterior, задний столб — columna posterior и боковой столб — columna lateralis. Столб на поперечном разрезе получает название рога, соответственно передний (cornu anterius), задний (cornu posterius) и боковой (cornu laterale). Между передним и задним рогами в составе серого вещества различают промежуточную зону (substantia intermedia, пластинка VII). Правая и левая половины серого вещества соединены серой спайкой (comissura grisea), находящейся в пределах пластинки X. Центральный канал (canalis centralis) разделяет серую спайку на переднюю (comissuragrisea anterior) и заднюю (comissura grisea posterior) части. Перикарионы нейронов серого вещества по длине спинного мозга картированы по десяти пластинкам (рис. 8-25, табл. 8-4). Топография ядер соответствует топографии пластинок, хотя они не всегда совпадают.
Задний рог. С нейронами, расположенными в этой области, образуют синаптические связи афференты от туловища и конечностей. Здесь осуществляется первое переключение и фактически начинается переработка информации в соматовисцеральной системе. Важным свойством нейронных связей в заднем роге служит наличие тормозных синапсов. Из заднего рога выходят:
Ú длинные восходящие тракты, в том числе переднелатеральные пути;
Ú восходящие и нисходящие пути в составе проприоспинальных трактов к соседним сегментам;
Ú волокна, образующие синапсы с мотонейронами;
Ú волокна, образующие синапсы с симпатическими преганглионарными нейронами.
Пластинки и ядра
Пластинка I. Тонкий слой серого вещества у поверхности заднего столба; содержит мелкие нейроны, нейроны средних размеров, а также крупные веретеновидные нейроны, расположенные параллельно поверхности серого вещества. Здесь, в пределах N. dorsomarginalis, найдены безмиелиновые аксоны, короткие дендриты и синаптические контакты. Перикарионы нейронов образуют синаптические контакты с аксонами из пластинки II, а аксоны псевдоуниполярных нейронов оканчиваются на дендритах части нейронов пластинки I. Основная часть аксонов, поступающих из пластинки II, а также принадлежащих псевдоуниполярным нейронам, входит в состав краевого пояса (fasciculus dorsolateralis). Нейроны пластинки I реагируют на болевые и температурные стимулы и отдают волокна спиноталамическому пути противоположной стороны. В пластинке I присутствуют нейроны, содержащие вещество P и энкефалин, и проходят волокна, дающие положительную иммуноцитохимическую реакцию на вещество P, энкефалин, соматостатин и серотонин.
Пластинка II располагается вентро-медиально от пластинки I, на всех уровнях спинного мозга содержит скопление мелких нейронов — студенистое вещество (substantia gelatinosa). В пластинку II входят аксоны из краевого пояса, заднего канатика и прилегающих частей бокового канатика. К нейронам внутренней зоны пластинки II подходят волокна болевой и температурной чувствительности, а к нейронам наружной зоны — волокна тактильной чувствительности. Аксоны нейронов пластинки II уходят в краевой пояс и собственные пучки. Другая часть аксонов заканчивается в пределах той же пластинки на других уровнях. Нейроны пластинки II влияют на возбудимость крупных нейронов центральных отделов серого вещества (например, пластинки IV), дендриты которых проникают в пластинку II и контактируют с перикарионами её нейронов. Пластинка II, как и пластинка I, содержит в большом количестве вещество P, нейромедиатор передачи возбуждения от терминалей центральных отростков псевдоуниполярных нейронов спинномозговых узлов к вставочным нейронам спинного мозга, а также энкефалин.
Пластинка III. Ветви дендритов нервных клеток этой пластинки оканчиваются в пластинках II и I; аксоны дихотомически делятся и образуют густое сплетение в пластинках III и IV.
Пластинка IV. Нейроны отвечают на тактильные сигналы, возникающие при лёгком прикосновении. Аксоны некоторых нейронов в составе проекционных путей переходят через переднюю белую спайку на противоположную сторону и восходят к таламусу.
Пластинка V расположена в основании заднего рога. Латеральная часть пластинки участвует в образовании ретикулярной формации, наиболее выраженной в шейном отделе. Нейроны варьируют по размерам и форме. Дендриты некоторых из них направляются в пластинку II, где вступают в контакт с центральными отростками псевдоуниполярных нейронов.
Пластинка VI присутствует только в утолщениях спинного мозга (intumescentia cervicalis et lumbalis). В медиальной части пластинки оканчиваются мышечные афференты, а в латеральной части проходят нисходящие спинальные пути.
Пластинка VII (zona intermedia) расположена между передними и задними рогами. В утолщениях пластинка заходит в область передних рогов. Нейроны пластинки образуют несколько ядер. Нейроны, не входящие в состав ядер данной пластинки, вместе с нейронами прилежащих областей пластинок V и VI образуют перекрещивающиеся волокна переднего спиномозжечкового пути. Здесь различают несколько ядер (табл. 8-6): дорсальное (n. dorsalis), латеральное промежуточное вещество (substantia intermedia lateralis), промежуточно-медиальное (n. intermediomedialis), крестцовые парасимпатические ядра (nuclei parasympathici sacrales), центральное шейное ядро нет в ТА.
Nucleus dorsalis образовано нейронами, расположенными в медиальной части пластинки на уровне C8–L2. К нейронам ядра подходят коллатерали центральных отростков псевдоуниполярных нейронов. Аксоны нейронов ядра образуют задний спиномозжечковый путь.
Латеральное промежуточное вещество расположено на уровне Th1–L2 (L3). Веретеновидные нейроны ядра дают начало преганглионарным симпатическим волокнам, выходящим из спинного мозга через передние корешки и проходящим через белые соединительные ветви.
Nucleus intermediomedialis расположено в медиальной части пластинки латеральнее центрального канала. Ядро получает висцеральные афференты на всех уровнях спинного мозга.
Центральное шейное ядро расположено в виде прерывающегося скопления нейронов в верхних шейных сегментах, латерально от n. intermediomedialis. С нейронами ядра вступают в контакт центральные отростки псевдоуниполярных нейронов. Аксоны нейронов ядра, перекрещиваясь, проходят в мозжечок и нижнее вестибулярное ядро.
Таблица 8–6. Ядра спинного мозга
Столб | Ядро | Пластинка | Протяжённость | Связи и функция |
Задний | N. dorsomarginalis | I | На всём протяжении | Получает афференты из задних корешков; отдаёт аксоны в спиноталамический тракт |
| Студенистое вещество | II | На всём протяжении | Получает и передаёт информацию от афферентов болевой и температурной чувствительности |
| N. proprius | III, IV, V | На всём протяжении | Получает афференты из спинномозговых узлов и нисходящие волокна из мозга; начало спиноталамического тракта |
|
| VI | C4–Th1 и L2–S3 | Обрабатывает проприоцептивную информацию от мышц |
| N. dorsalis | VII | C8–L3 | Начало дорсального спиномозжечкового тракта |
Боковой | N. intermediomedialis | VII | Th1–L3 | Получает афференты из внутренних органов |
| N. intermediolateralis | VII | Th1–L3 | Содержит перикарионы преганглионарных симпатических нейронов |
Крестцовые парасимпатические ядра | VII | S2–S4 | Содержит перикарионы преганглионарных парасимпатических нейронов, участвующих в иннервации органов таза | |
| Периэпендимное (центральное) серое вещество | X | На всём протяжении | Связано с вегетативными нейронами |
Передний | Периэпендимное (центральное) серое вещество | VIII | На всём протяжении | Получает нисходящие аксоны из головного мозга |
| Ядро медиальных мотонейронов | IX | На всём протяжении | Иннервация мышц тела |
| Ядро латеральных мотонейронов | IX | C4–Th1 и L2–S3 | Иннервация мышц конечностей |
| Диафрагмальное ядро | IX | C3–C5 | Иннервация диафрагмы |
| Ядро добавочного нерва | IX | C1–C6 | Иннервация m. sternocleidomastoideus и m. trapezius |
Пластинка VIII. В утолщениях спинного мозга пластинка доходит до средней части передних рогов. В остальных частях располагается в основании передних рогов вентральнее пластинки VII.
Пластинка IX содержит несколько скоплений крупных двигательных нейронов. Различают медиальную и латеральную группы ядер. Медиальная группа ядер прослежена по всей длине мозга. В ней имеются передне-медиальные и задне-медиальные ядра. Передне-медиальные ядра крупнее и расположены в верхних шейных, верхних грудных и некоторых пояснично-крестцовых сегментах. Задне-медиальные ядра выражены в утолщениях мозга. Нейроны медиальной группы ядер иннервируют мускулатуру туловища. Остальные скелетные мышцы получают эфферентную иннервацию от холинергических мотонейронов латеральной группы ядер. Небольшое количество мелких нейронов передних рогов содержит g‑аминомасляную кислоту.
Пластинка X — область серого вещества, прилежащая к центральному каналу.
Столбы
Столбы — выступы серого вещества спинного мозга.
Передний столб (columna anterior), более объёмистый, содержит перикарионы мотонейронов. Соответствует локализации пластинок VIII–IX. Передние рога серого вещества сильно развиты в шейном и поясничном отделах. Пластинка VIII содержит вставочные нейроны, их аксоны образуют синаптические контакты с мотонейронами, а в пластинке IX расположены a- и g-мотонейроны.
Боковой столб (columna lateralis). В торако-люмбальном отделе серое вещество образует боковой выступ, носящий название бокового рога. Боковой столб входит в состав пластинки VII и содержит вставочные преганглионарные симпатические нейроны, образующие n. intermediolateralis (табл. 8-4).
Задний столб (columna posterior) включает пластинки I–IV. Верхушка заднего рога окаймлена краевым поясом — пластинка I (рис. 8-35). Студенистое вещество (пластинка II) отделено от краевого пояса губчатой зоной (zona spongiosa). В нижних шейных и верхних грудных отделах спинного мозга между латеральным краем заднего рога и боковым рогом залегает ретикулярная формация (formatio reticularis). В составе заднего столба проходят миелиновые волокна из задних корешков, собирающие информацию от механорецепторов в мышцах, коже, суставах и внутренних органах для её последующей передачи в таламус и кору головного мозга. Аксоны заднего столба оканчиваются в клиновидном и тонком ядрах продолговатого мозга, формируя синапсы с крупными нейронами переключения. Аксоны этих нейронов образуют синапсы с нейронами контрлатерального таламуса.
Нейроны
В сером веществе спинного мозга находятся тела двигательных, вставочных и вегетативных нейронов. Различают крупные, или a-мотонейроны, и мелкие, или g-мотонейроны.
a-Мотонейроны входят в состав медиальных и латеральных ядер. Это наиболее крупные клетки спинного мозга. Их аксоны образуют нервно-мышечные синапсы с поперечнополосатыми волокнами скелетной мышцы и участвуют в формировании нейромоторных единиц. Аксоны a-мотонейронов посылают коллатерали к вставочным нейронам (клетки Реншоу), образующим тормозные синапсы с a-мотонейронами.
Соматотопическая организация мотонейронов. В передних рогах спинного мозга мотонейроны для осевой мускулатуры локализуются в медиальных участках, мотонейроны для мускулатуры верхних конечностей расположены более латерально.
g-Мотонейроны иннервируют интрафузальные волокна мышечных веретён.
Вставочные нейроны (интернейроны) получают информацию от одних нейронов и передают её другим. Аксоны вставочных нейронов участвуют в образовании проводящих путей.
Клетки Реншоу регистрируют сигналы от возвратной ветви аксонов a-мотонейронов. Аксоны клеток Реншоу образуют тормозные синапсы с перикарионами этих мотонейронов.
Вегетативные нейроны (табл. 8-6) расположены в висцеральных ядрах грудного и поясничного отделов (n. intermediomedialis,n. intermediolateralis нет в ТА), а также в крестцовом отделе (крестцовые парасимпатические ядра) промежуточной зоны (substantia intermedia) серого вещества. Нейроны n. intermediomedialis образуют синаптические контакты с афферентными волокнами общей висцеральной чувствительности (общие висцеральные афференты), а их аксоны вступают в контакты с нейронами n. intermediolateralis нет в ТА. Клетки n. intermediolateralis — преганглионарные симпатические нейроны. Их аксоны выходят из спинного мозга в составе передних корешков на уровне Th1–L3. Крестцовые парасимпатические ядра содержат преганглионарные парасимпатические нейроны. Их аксоны проходят в передних корешках крестцового отдела.
Передача болевых импульсов (рис. 8-36). Вещество P участвует в передаче болевых стимулов в качестве возбуждающего нейромедиатора в синапсах между центральными отростками чувствительных нейронов спинномозгового узла и перикарионами нейронов спиноталамического пути. Блокирование секреции вещества P и снятие болевых ощущений реализуются через рецепторы опиоидных пептидов, встроенных в мембрану терминали центрального отростка чувствительного нейрона (пример феномена пресинаптического торможения). Источник опиоидного пептида энкефалина — вставочный нейрон.
Рис. 8-36. Путь проведения болевых импульсов (стрелки). Вещество P передаёт возбуждение с центрального отростка чувствительного нейрона на нейрон спиноталамического тракта. Через опиоидные рецепторы энкефалин из вставочного нейрона тормозит секрецию вещества P из чувствительного нейрона и проведение болевых сигналов. [17]
БЕЛОЕ ВЕЩЕСТВО
Белое вещество состоит из нервных волокон и клеток нейроглии. Рога серого вещества разделяют белое вещество на три канатика. Задниеканатики расположены между задней перегородкой и задними корешками. Боковые канатики лежат между передними и задними корешками. Передние канатики отграничены передней щелью и передними корешками. Кпереди от серой спайки имеется участок белого вещества, соединяющий передние канатики, — белая спайка. Проводящие пути образованы цепью нейронов, соединённых последовательно своими отростками; обеспечивают проведение возбуждения от нейрона к нейрону (от ядра к ядру).
Восходящие пути
Восходящие пути образованы центральными отростками чувствительных нейронов спинномозговых узлов и аксонами вставочных нейронов.
Центральные отростки чувствительных нейронов спинномозговых узлов
· Тонкий пучок (fasciculus gracilis) проходит в составе заднего канатика и заканчивается в тонком ядре продолговатого мозга; проводящий путь проприоцептивной и тактильной чувствительности.
· Клиновидный пучок (fasciculus cuneatus) проходит в заднем канатике и заканчивается в клиновидном ядре продолговатого мозга; проводящий путь проприоцептивной и тактильной чувствительности.
Аксоны вставочных нейронов
· Спиноталамический путь вентральный (tractus spinothalamicus ventralis) — проекционный афферентный путь, проходящий в переднем канатике. Периферические отростки первых нейронов, расположенных в спинномозговых узлах, проводят тактильные и прессорные ощущения от механорецепторов кожи. Центральные отростки этих нейронов вступают через задние корешки в задние канатики, где поднимаются на 2–15 сегментов и образуют синапсы с нейронами задних рогов. Аксоны этих нейронов переходят на противоположную сторону в составе передней спайки и проходят далее в передней периферической зоне переднебоковых канатиков. Отсюда волокна пути восходят к заднелатеральному вентральному ядру таламуса вместе с латеральным спиноталамическим путём.
· Спиноталамический путь латеральный (tractus spinothalamicus lateralis) — проекционный афферентный путь, проходящий в боковом канатике. Периферическими рецепторами являются свободные нервные окончания кожи. Центральные отростки псевдоуниполярных нейронов спинномозговых узлов входят в спинной мозг через латеральные отделы задних корешков и, поднявшись в спинном мозге на 1–2 сегмента, образуют синапсы с нейронами роландова студенистого вещества. Аксоны этих нейронов фактически образуют латеральный спиноталамический путь. Они идут через переднюю спайку на противоположную сторону и поднимаются в латеральных отделах боковых канатиков. Спиноталамические пути проходят через ствол мозга и заканчиваются в вентро-латеральных ядрах таламуса. Главный путь проведения болевой и температурной чувствительности.
· Спиномозжечковый путь передний (tractus spinocerebellaris anterior) — проекционный афферентный проприоцептивный путь мозжечка, проходящий в латеральном канатике; вступает, перекрещиваясь, в верхнюю ножку мозжечка противоположной стороны и заканчивается в коре червя мозжечка.
· Спиномозжечковый путь задний (tractus spinocerebellaris posterior) — проекционный афферентный проприоцептивный путь мозжечка, проходящий в боковом канатике спинного мозга и нижней ножке мозжечка; заканчивается в коре червя мозжечка той же стороны. По спиномозжечковым путям в мозжечок поступает информация о всех афферентных сигналах глубокой чувствительности и о всех изменениях мышечного тонуса, что необходимо для координации произвольных движений.
· Спинооливный путь (tractus spinoolivaris) — пучок восходящих волокон переднего канатика, заканчивающийся в добавочных ядрах оливы.
· Спинопокрышечный путь (tractus spinotectalis) — проекционный восходящий путь общей чувствительности, проходит в переднем канатике, стволе головного мозга и заканчивается в нижнем и верхнем холмиках крыши среднего мозга противоположной стороны.
· Спиноретикулярный путь (tractus spinoreticularis) — пучок восходящих волокон бокового канатика, оканчивающийся в ретикулярной формации продолговатого мозга, моста и среднего мозга. Путь поступления афферентной информации соматических и висцеральных рефлексов.
Нисходящие пути
Нисходящие пути (супраспинальные и спинальные) заканчиваются исключительно на мотонейронах.
Супраспинальные
· Корково-спинномозговой путь передний (пирамидный путь передний, tractus corticospinalis ventralis) образован аксонами нейронов, расположенных в двигательной зоне коры [предцентральная извилина (gyrus precentralis)]. Волокна пути проходят через внутреннюю капсулу и в переднем канатике, заканчиваются в передних рогах, посегментно перекрещиваясь.
· Корково-спинномозговой путь латеральный (пирамидный путь латеральный, tractus corticospinalis lateralis) начинается в коре предцентральной извилины, проходит через внутреннюю капсулу и после перекреста в продолговатом мозге проходит в боковом канатике, заканчиваясь в передних рогах.
· Тектоспинальный путь (покрышечно-спинномозговой, tractus tectospinalis) начинается в верхних холмиках крыши среднего мозга, проходит через ствол мозга и передний канатик спинного мозга, заканчивается в передних рогах.
· Красноядерно-спинномозговой путь (пучок фон Монакова, tractus rubrospinalis) — нисходящий проекционный путь экстрапирамидной системы, начинается от красного ядра, проходит в мозговом стволе и боковом канатике и заканчивается в передних рогах.
· Ретикулоспинальный путь (tractus reticulospinalis) — эфферентный путь экстрапирамидной системы; начинается в ретикулярной формации продолговатого мозга, заканчивается в передних рогах спинного мозга. Контролирует тонус скелетной мускулатуры и висцеральные двигательные функции (например, автоматизм дыхания).
· Преддверно-спинномозговой путь (tractus vestibulospinalis). Латеральный преддверно-спинномозговой путь начинается от латерального вестибулярного ядра, проходит в переднем канатике и достигает в передних рогах a- и g-мотонейронов. Аксоны нейронов медиального вестибулярного ядра присоединяются к медиальному продольному пучку (fasciculus longitudinalis medialis) и спускаются вниз в виде медиального преддверно-спинномозгового пути до грудного отдела спинного мозга.
· Оливо-спинномозговой путь (tractus olivospinalis). Нервные волокна пучка начинаются от оливного ядра, проходят в переднем канатике шейного отдела спинного мозга и заканчиваются в передних рогах.
Спинальные
· В задних канатиках. Клетки ядер в задних столбах дают начало нисходящим путям в ипсилатеральных задних канатиках и заканчиваются в пластинках IV, V и, возможно, I. Эти нисходящие пути могут оказывать влияние на восходящие потоки афферентной информации. Пучок в форме запятой (fasciculus interfascicularis). Нисходящие ветви центральных отростков псевдоуниполярных нейронов спинномозговых узлов частично достигают нейронов N. dorsalis, частично — нейронов средней части пластинки VI. Эти нисходящие волокна в шейных и верхних грудных сегментах образуют пучок в форме запятой, а в поясничном отделе — fasciculus septomarginalis. Септомаргинальный пучок (fasciculus septomarginalis) образован нисходящими волокнами, как и пучок в форме запятой, но в поясничном отделе.
· В передних канатиках. Бороздчато-краевой пучок (fasciculus sulcomarginalis). Волокна медиального преддверно-спинномозгового пути, проходящие вблизи передней срединной борозды шейного отдела спинного мозга, образуют бороздчато-краевой пучок, спускающийся вниз и оканчивающийся в передней части грудного отдела спинного мозга. Волокна пучка влияют на тонус мышц шеи в соответствии с различными положениями головы.
Смешанные восходящие и нисходящие пути
Краевой пояс (fasciculus dorsolateralis) — место вхождения в спинной мозг центральных отростков псевдоуниполярных чувствительных нейронов спинномозговых узлов. Отростки делятся на короткую нисходящую и длинную восходящую ветви. Краевой пояс содержит также аксоны вставочных нейронов спинного мозга.
Собственные пучки (fasciculi proprii) образованы перекрещивающимися и неперекрещивающимися короткими ветвями аксонов вставочных нейронов серого вещества спинного мозга и центральных отростков чувствительных нейронов спинномозговых узлов. Они связывают группы нейронов одного и того же сегмента и различных сегментов.
Генератор центрального паттерна — локальная сеть нейронов в пределах спинного мозга, контролирующая и координирующая сложный цикл стереотипных движений при ходьбе, беге, прыжках, плавании и т.д. Его активность модулируется импульсами, проходящими по нервным волокнам в составе двух анатомических структур. В первом случае это нисходящие волокна кортикоспинального тракта, аксоны которых принадлежат нейронам двигательной коры. Данные нейроны образуют с интернейронами и мотонейронами серотонинергические синапсы. Во втором случае — влияние афферентной импульсации по центральным отросткам псевдоуниполярных нейронов спинальных ганглиев. Восстановление и поддержание работы генератора центрального паттерна имеет важное значение в лечении травмы спинного мозга, когда нарушено нисходящее регулирующее влияние на нейроны спинного мозга, расположенные дистальнее места травмы. Исследования показали, что частичное восстановление работы генератора центрального паттерна, а следовательно, и двигательной активности при травме спинного мозга возможно при активации потока афферентной импульсации в условиях применения специальных комплексов физических упражнений и электростимуляции.
Головной мозг
Мозжечок
Мозжечок (cerebellum) координирует движения и равновесие, расположен над продолговатым мозгом и мостом и связан со стволом мозга тремя парами ножек, по которым проходят афферентные и эфферентные проводящие пути. В глубине белого вещества мозжечка лежат скопления нейронов — ядра мозжечка. Извилины мозжечка, образующие на разрезе фигуру разветвлённого дерева (arbor vitae), разделены глубокими бороздами. Каждая извилина содержит узкую пластинку белого вещества, полностью покрытую серым веществом (кора мозжечка, рис. 8-37), в котором различают три слоя: наружный — молекулярный, средний — ганглионарный и внутренний — зернистый.
Рис. 8-37. Организация коры мозжечка. Кора образована тремя слоями: наружный — молекулярный, средний — ганглионарный и внутренний — зернистый. Из подлежащего белого вещества в кору проходят афферентные лазящие и моховидные волокна, а выходят аксоны грушевидных клеток. Стрелками указано направление распространения возбуждения. [17]
Рис. 8-37А. Кора мозжечка. На препарате видны грушевидные клетки Пуркинье (1), их дендриты образуют густую сеть (2) в молекулярном слое. Импрегнация азотнокислым серебром по Бильшовскому–Гросс.
Слой грушевидных нейронов
Слой грушевидных нейронов (слой клеток Пуркинье, stratum purkinjense) коры мозжечка образуют тела крупных нервных клеток (рис. 8-37А). Их перикарионы имеют грушевидную форму и расположены примерно на одном уровне от поверхности коры. От тела в молекулярный слой отходят 2–3 сильно ветвящихся дендрита. Разветвления дендритов образуют узкую пластину, расположенную в перпендикулярной направлению извилины плоскости. Через зернистый слой в белое вещество от тела грушевидных нейронов отходит аксон. Аксоны грушевидных нейронов — единственные эфферентные волокна, выходящие из коры мозжечка. Они заканчиваются на нейронах ядер мозжечка, небольшая их часть направляется в вестибулярное ядро. Вблизи тела клетки от аксона отходят коллатерали, направляющиеся обратно в ганглионарный слой и глубокие части молекулярного слоя; здесь они разветвляются, веточки идут вдоль извилин, вступая в контакт с телами и дендритами других грушевидных нейронов. На грушевидных нейронах так или иначе заканчиваются все афферентные пути мозжечка (рис. 8-37). Грушевидные нейроны тормозят активность подкорковых ядер мозжечка.
Молекулярный слой
Молекулярный слой содержит корзинчатые и звёздчатые клетки.
Корзинчатые клетки — мультиполярные нейроны неправильной формы и небольших размеров. Они образуют многочисленные длинные и сравнительно мало разветвлённые дендриты. Их аксон направлен параллельно поверхности мозжечка в той же плоскости, в которой расположены ветвления дендритов грушевидных нейронов. На всём протяжении аксон образует ветви, заканчивающиеся в виде корзинок на телах грушевидных нейронов. Активность корзинчатых нейронов вызывает торможение грушевидных нейронов.
Звёздчатые клетки расположены ближе к поверхности коры. Их аксоны образуют синаптические контакты с дендритами грушевидных нейронов. Эти нейроны вместе с корзинчатыми образуют систему вставочных нейронов, передающую тормозные импульсы на дендриты и тела грушевидных клеток в плоскости, поперечной извилинам.
Зернистый слой
Зернистый слой содержит клетки–зёрна, звёздчатые клетки Гольджи и веретеновидные горизонтальные нейроны. Кроме этих основных типов нейронов в данном слое присутствуют униполярные каёмчатые нейроны, которые участвуют в контроле со стороны мозжечка за движением глаз и позы (осанки).
Клетки–зёрна. Тело их весьма невелико и практически полностью занято ядром. 3–4 очень коротких дендрита образуют концевые разветвления, напоминающие птичьи лапки. Аксоны клеток–зёрен поднимаются в молекулярный слой, где образуют T-образные разветвления, идущие параллельно поверхности мозжечка в плоскости, совпадающей с направлением извилины. Это параллельные волокна, образующие синапсы с дендритами: грушевидных нейронов, корзинчатых клеток, звёздчатых клеток, клеток Гольджи типа II.
Звёздчатые клетки Гольджи. Наряду с зернистыми клетками, составляющими основную массу нейронов зернистого слоя, здесь расположены также звёздчатые нейроны, они же клетки Гольджи. Различают звёздчатые нейроны с короткими и длинными аксонами. Крупные перикарионы звёздчатых нейронов с короткими аксонами нередко лежат непосредственно под ганглионарным слоем, а большая часть дендритов разветвляется в молекулярном слое и образует синапсы с параллельными волокнами — аксонами клеток–зёрен. Их короткие аксоны, входя в состав клубочков мозжечка (glomeruli cerebellosi), заканчиваются синаптическими контактами на розетках моховидных волокон. На звёздчатых нейронах с короткими аксонами заканчивается часть коллатералей аксонов грушевидных нейронов. Немногочисленные звёздчатые нейроны с длинными аксонами имеют обильно ветвящиеся в зернистом слое дендриты. Их аксоны выходят в белое вещество.
Веретеновидные горизонтальные нейроны имеют небольшой вытянутый перикарион, от которого отходят длинные горизонтальные дендриты, заканчивающиеся в слое грушевидных нейронов и зернистом слое. Аксоны этих нейронов образуют коллатерали в зернистом слое и уходят в белое вещество.
Афференты мозжечка
В кору мозжечка входят многочисленные волокна из различных отделов мозга (рис. 8-38, табл. 8-7). В зернистом слое находятся моховидные волокна. Лазящие волокна заканчиваются в молекулярном слое на дендритах грушевидных нейронов.
Моховидные волокна, проникнув в зернистый слой, ветвятся и формируют концевые розетки, вступающие в контакт с дендритами клеток–зёрен в составе клубочков мозжечка (рис. 8-38). Моховидные волокна образуют также синапсы с дендритами клеток Гольджи типа II. Следовательно, моховидные волокна вступают в контакт как с короткими аксонами звёздчатых нейронов зернистого слоя, так и с их дендритами.
Лазящие волокна подходят к телам грушевидных нейронов и здесь распадаются на несколько тонких веточек, оплетающих дендриты. На один грушевидный нейрон приходится одно лазящее волокно.
Рис. 8-38. Клубочек мозжечка. Окончания моховидного волокна занимают основной объём клубочка. Они образуют синаптические контакты с терминалями дендритов клеток–зёрен (птичьими лапками) и дендритами звёздчатых нейронов с короткими аксонами. Розетки моховидных волокон и короткие аксоны звёздчатых нейронов зернистого слоя формируют аксо-аксональные синапсы. [17]
Таблица 8–7. Связи нейронов в коре мозжечка
Тип нейронов | Слой | Афферентные связи | Контакты аксонов |
Звёздчатые клетки | Молекулярный | Параллельные волокна от зернистых клеток | Дендриты грушевидных нейронов в поверхностных частях молекулярного слоя |
Корзинчатые клетки |
|
| Перикарионы грушевидных нейронов (через корзинчатые коллатерали) |
Грушевидные нейроны | Ганглиозный | Лазящие волокна | Глубокие ядра (большинство аксонов) |
|
| Разветвления аксонов зернистых клеток | Вестибулярные ядра продолговатого мозга |
|
| Волокна корзинчатых клеток | Грушевидные нейроны и звёздчатые клетки с короткими аксонами (возвратные коллатерали грушевидных нейронов) |
|
| Аксоны звёздчатых клеток |
|
|
| Норадренергические волокна от голубого ядра |
|
Звёздчатые клетки с короткими аксонами | Зернистый | Моховидные и лазящие волокна с дендритами в зернистом слое | Клубочек мозжечка (синапсы на розетках моховидных волокон) |
Клетки–зёрна |
| Параллельные волокна с дендритами в молекулярном слое |
|
|
| Окончания моховидных волокон в клубочках мозжечка | Дендриты грушевидных нейронов, корзинчатых и звёздчатых клеток. Дендриты звёздчатых клеток с короткими аксонами в молекулярном слое |
Клубочек мозжечка
Клубочек мозжечка (glomerulus cerebelli) (рис. 8-38) — скопление терминальных ветвлений отростков различных нейронов мозжечка и моховидных волокон. Клубочек окружён капсулой из глиальных клеток. Вокруг клубочка расположены скопления клеток–зёрен. Клубочки содержат: розетки — окончания моховидных волокон, птичьи лапки — терминали дендритов клеток–зёрен, короткие аксоны звёздчатых клеток зернистого слоя (формируют аксо-аксональные синапсы), часть разветвлений дендритов этих клеток.
Возбуждающие и тормозные синапсы
Моховидные и лазящие волокна в коре мозжечка образуют возбуждающие синапсы. Параллельные волокна клеток–зёрен заканчиваются возбуждающими синапсами. Остальные типы связей в коре мозжечка формируют тормозные синапсы.
Глия
Мозжечок содержит различные типы глиальных клеток. Олигодендроциты присутствуют во всех слоях и особенно в большом количестве в белом веществе и зернистом слое коры. В последнем имеются также волокнистые и протоплазматические астроциты. В ганглионарном слое выделяют бергмановскую глию. Волокна этих клеток направляются к поверхности коры и поддерживают ветвления дендритов грушевидных нейронов.
КОРА БОЛЬШОГО МОЗГА
Кора большого мозга (неокортекс) содержит 6 слоёв нервных клеток (рис. 8-39, 8-40).
Кора мозга представлена стереотипными единицами, которые в разных областях неокортекса выполняют определенные функции. Важным элементом этих единиц являются разнообразные интернейроны, большинство из которых относится к тормозным.
Рис. 8-39. Цитоархитектоника и миелоархитектоника коры большого мозга. Используя различные методы окрашивания, можно получить картину строения коры с хорошо различимыми отростками нейронов (левая часть рисунка), только перикарионами (средняя часть рисунка) или миелиновыми волокнами (правая часть рисунка). В последнем случае на уровне внутреннего зернистого и внутреннего пирамидного слоёв видны компактные скопления миелиновых волокон в виде соответственно полоски наружной и внутренней зернистой пластинки. [17]
Рис. 8-40. Основные типы нейронов коры большого мозга. I–VI — слои коры; 1 — пирамидный нейрон; 2 —звёздчатый нейрон; 3 — веретеновидный нейрон; 4 — инвертированные пирамидные нейроны; 5 — горизонтальные нейроны; а — афферентные волокна; б — эфферентные волокна. [17]
Слои коры
Снаружи внутрь слои коры располагаются в следующем порядке: молекулярный, наружный зернистый, наружный пирамидный, внутренний зернистый, внутренний пирамидный (ганглионарный) и полиморфный (мультиформный).
I. Молекулярный. Содержит редкие перикарионы, здесь проходят аксоны и дендриты.
II. Наружный зернистый. В наружном зернистом слое присутствуют небольшие пирамидные и звёздчатые нейроны.
III. Наружный пирамидный. Представлен многочисленными пирамидными нейронами средней величины; размеры их перикариона возрастают в глубоких частях слоя.
IV. Внутренний зернистый. Содержит мелкие звёздчатые клетки.
V. Внутренний пирамидный (ганглионарный). Состоит из крупных пирамидных нейронов и небольшого количества звёздчатых клеток.
VI. Полиморфный. Образован множеством нейронов различной величины и формы, а также некоторым количеством пирамидных и зернистых нейронов.
Нейроны
Пирамидные нейроны. Размеры перикариона — 10–100 мкм, имеют длинный апикальный дендрит, выходящий из вершины пирамиды, и другие дендриты, отходящие от боковых поверхностей перикариона. От основания пирамиды отходит аксон, уходящий в белое вещество. Возвратные коллатеральные ветви аксона заканчиваются на других пирамидных нейронах или вставочных корковых нейронах. Гигантские пирамидные нейроны расположены в слое V двигательной коры, это самые крупные нейроны коры. Размеры их перикариона более 100 мкм, они дают начало крупным миелинизированным аксонам пирамидного тракта. Крупные пирамидные нейроны расположены в слое V зрительной коры затылочной доли. Они посылают аксоны в ствол мозга и участвуют в рефлексе движения глаза.
Пирамидная система. В осознанном контроле за произвольными движениями принимает участие кора лобных долей головного мозга (предцентральная извилина), откуда нервные импульсы через мотонейроны спинного мозга поступают к скелетным мышцам конечности. Важнейшим нейромедиатором в передаче импульсов между нейронами в данной системе является ацетилхолин.
Звёздчатые нейроны. Их перикарионы имеют округлую, полигональную или треугольную форму, 4–8 мкм в диаметре. Аксон и дендриты отходят на короткое расстояние от перикариона и участвуют в образовании внутрикорковых связей.
Веретеновидные нейроны чаще встречаются в слое VI. От противоположных концов перикариона отходят дендриты. Аксон уходит глубоко в белое вещество.
Инвертированные пирамидные нейроны присутствуют во всех слоях, кроме первого. Имеют перикарион полигональной формы и короткие дендриты. Аксон направляется вертикально к поверхности коры, отдавая коллатерали во всех слоях.
Горизонтальные нейроны находятся в слое I. От их веретеновидного перикариона отходит длинный аксон, который вместе с дендритами образует горизонтальные связи в пределах слоя I.
Региональные различия
Основная часть коры, обычно называемая ассоциативной, не имеет выраженных региональных различий в структуре. Некоторые её области характеризуются специфическими структурными особенностями. Они наиболее выражены в двигательном и чувствительном отделах коры. Так, прецентральная извилина наиболее толстая и содержит самые крупные нервные клетки, гигантские пирамидные нейроны, в V слое. Здесь почти отсутствует внутренний зернистый слой. Чувствительные области коры (соматосенсорная, зрительная и слуховая) имеют развитый внутренний зернистый слой (слой IV) и чётко выраженную полоску наружной зернистой пластинки (stria laminae pyramidalis externae), которую образуют афферентные волокна, приходящие из таламуса.
Модули
Кора больших полушарий состоит из модулей. Модуль имеет в поперечнике около 0,1 мм и пронизывает всю толщу коры. В зрительной коре типичный модуль включает более 100 тысяч синаптически связанных клеток, образующих локальные нейронные сети. Модули контактируют друг с другом коллатералями дендритов и аксонов.
Цилиндры
Существует представление о вертикальных (радиальных) связях от одной до трёх сотен нейронов коры, в совокупности образующих некую функциональную единицу, называемую цилиндром. Подобная структура может достигать в диаметре нескольких сотен мкм. Цилиндры наиболее наглядно прослеживаются в сенсорных полях коры, где они получают информацию от определённых групп афферентных нейронов. Границы между цилиндрами в двигательной коре размыты.
БАЗАЛЬНЫЕ ГАНГЛИИ
Базальные ганглии образуют комплекс подкорковых скоплений нейронов, расположенных в центральном белом веществе полушарий большого мозга, и обеспечивают регуляцию двигательных и вегетативных функций, участвуют в осуществлении интегративных процессов высшей нервной деятельности. Базальные ганглии объединяют хвостатое ядро (nucleus caudatus), скорлупу (putamen), бледный шар (globus pallidus) и черное вещество (substantia nigra). Базальные ганглии получают импульсацию от лобной коры, ответственной за контроль произвольных движений, и опосредуют обратный непроизвольный контроль за движениями через премоторную кору и таламус.
Двигательные ядра базальных ганглиев подразделяют на несколько функционально различных групп. Одна из них называется полосатым телом. Оно включает хвостатое ядро и скорлупу. Обе эти структуры полосатого тела собирают информацию из других областей мозга. Нейроны практически всех областей неокортекса направляют аксоны в полосатое тело. В скорлупе заканчиваются аксоны нейронов, расположенных в височной, теменной и лобной коре, а также в компактной части черного вещества.
Рис. 8-41. Связи нейронов базальных ганглиев между собой и с другими областями мозга. Средние отростчатые нейроны, перикарионы которых расположены в скорлупе, направляют свои аксоны преимущественно в латеральный бледный шар и частично в медиальный. Аксоны подобных нейронов хвостатого ядра заканчиваются в медиальном бледном шаре и в сетчатой части чёрного вещества. На шипиках дендритов средних отростчатых нейронов конвергируют аксоны пирамидных нейронов коры, дофаминергических нейронов чёрного вещества и нейронов локальной сети. [128]
Экстрапирамидная система. Для целостного процесса движения важным является контроль не только за произвольными, но и за непроизвольными движениями. Эту функцию выполняет экстрапирамидная система, обеспечивающая плавность движений и возможность прервать начатое действие. Эта система объединяет базальные ганглии, располагающиеся за пределами продолговатого мозга вне пирамид (отсюда термин "экстрапирамидная система"). Бессознательный контроль за движениями, осуществляемый этой системой, обеспечивает нейромедиатор дофамин. Дегенерация дофаминергических нейронов является причиной болезни Паркинсона. В основе её проявлений лежит дисбаланс тормозных (дофаминовых) и возбуждающих (ацетилхолиновых) влияний.
ГИППОКАМП
Гиппокамп служит мишенью многочисленных молекулярных сигналов. Их неполный список приведён в таблице 8-8. Эти лиганды опосредуют контролирующее влияние гиппокампа на такие важные физиологические реакции организма, как поддержание ионного гомеостаза, регуляция артериального давления, иммунных реакций, боли, репродуктивного статуса, ощущения сытости и стресса. Гиппокамп оказывает тормозное влияние на контролируемые им центры нейроэндокринной активности. Повышение синаптической активности в гиппокампе, например при долговременной потенциации, сопровождается усилением тормозного влияния практически на все контролируемые им функции. Повреждение гиппокампа приводит к нарушению памяти.
Таблица 8-8. Метаболиты, гормоны и другие лиганды, действующие на гиппокамп
Адреналин | Лептин (Ob) |
Активин | Лютеинизирующий гормон |
Альдостерон | Мелатонин |
Ангиотензин (AT4) | Мидкин |
Бомбезин | Нейрокинин |
Брадикинин | Нейротензин (NT-1, NT-2) |
Вазоактивный интестинальный полипептид | Нейротрофины BDNF, NT-3 (TrkB,TrkC) |
Вещество P | Норадреналин |
Витамин D | Ноцицептин |
Воспалительный белок макрофагов MIP(CCR9/10, hpk/EBI-1) | Окситоцин |
Галанин | Плазмин |
Гастрин | Прегненолон |
Гепарин-связывающий нейротрофический фактор | Предсердный натриуретический пептид |
Гипофизарный аденилатциклаза-активирующий полипептид (PACAP-I-R) | Прогестерон |
Гистамин | Пролактин |
Глюкагон | Простагландины |
Глюкагоноподобный пептид (GLP-1) | Простациклин |
Глюкокортикоиды кортизол, кортикостерон (GR, MR) | Релаксин |
Гонадолиберин | Ренин |
Дегидроэпиандростерон | Секретин |
Желудочный ингибирующий пептид (GIP) | Семейство RANTES (CCR1, -3, -4, -5) |
Ингибин | Соматостатин |
Инсулин | Соматотрофин |
Инсулиноподобные факторы роста I и II | Тестостерон |
Интерлейкины 1, 2, 3, 6, 8 | Тиролиберин |
Интерферон | Тиролиберин-потенцирующий пептид PS4 |
Каннабиноиды | Трансферрин |
Комплемент C3a, C5a (C3aR, C5aR) | Трийодтиронин |
Кортиколиберин | Тромбин |
Кортикотропин-подобный пептид | Фактор активации тромбоцитов |
Нейромедиаторы и их рецепторы не включены. В скобках указаны рецепторы, наряду с которыми в гипоталамусе выявлены многие другие (сиротские рецепторы APP, c-mas, COUP-TF, hip4/R12, HZF-2 a, Nurr1, NGFI-B (Nur77), OR1, PrP, Rev-ErbAb,рецептор/транспортёр p87, SEX, TR4).
ОБОЛОЧКИ МОЗГА
Головной и спинной мозг защищены оболочками (рис. 8-42). Мягкая мозговая оболочка (pia mater) непосредственно прилегает к мозгу. Снаружи проходит твёрдая мозговая оболочка (dura mater). Между ними расположена средняя, паутинная оболочка (t. arachnoidea). Все оболочки образованы волокнистой соединительной тканью. Мягкую и паутинную оболочки можно рассматривать как одно целое под общим названием pia–arachnoidea, или leptomeninx.
Рис. 8-42. Мозговые оболочки. 1 — эндотелиальная клетка; 2 — твёрдая мозговая оболочка; 3 — паутинная оболочка; 4 — соединительная ткань; 5 — клетки паутинной оболочки; 6 — макрофаг; 7 — субарахноидальное пространство; 8 — мягкая мозговая оболочка; 9 — кровеносный сосуд; 10 — периваскулярная соединительная ткань; 11 — мозг. [17]
Мягкая мозговая оболочка содержит переплетающиеся пучки коллагеновых волокон и сеть эластических волокон, множество равномерно распределённых кровеносных сосудов. Снаружи оболочка покрыта слоем плоских клеток. Оболочка повторяет ход борозд и извилин мозга.
Паутинная оболочка — сеть тонких соединительнотканных перегородок (трабекул), состоящих преимущественно из коллагеновых волокон и небольшого количества эластических волокон. Паутинная оболочка изнутри и снаружи выстлана непрерывным слоем тонких уплощённых клеток. Пространство между трабекулами заполнено цереброспинальной жидкостью и называется субарахноидальным. Паутинная оболочка в области борозд мозга не прилегает вплотную к мягкой мозговой оболочке. Здесь присутствуют цистерны, содержащие большое количество цереброспинальной жидкости.
Твёрдая мозговая оболочка состоит из плотной волокнистой соединительной ткани, в которой преобладают коллагеновые волокна. Пространство между твёрдой и паутинной оболочками называется субдуральным. Оно содержит небольшое количество жидкости, отличной от цереброспинальной. Снаружи твёрдая мозговая оболочка покрыта рыхлой соединительной тканью с большим количеством вен. Твёрдая мозговая оболочка образует складки, которые вместе с надкостницей формируют синусы, выстланные эндотелием и содержащие венозную кровь. Пространство между твёрдой мозговой оболочкой и надкостницей называется эпидуральным. Оно содержит рыхлую соединительную ткань и внутреннее позвоночное венозное сплетение.
Путём введения анестезирующего раствора в субарахноидальное и эпидуральное пространства выполняется спинномозговая и перидуральная местная анестезия.
ПОРОКИ РАЗВИТИЯ
Нарушения эмбриогенеза
Дефекты смыкания нервной трубки (дизрафии) могут варьировать от полного отсутствия мозга (анэнцефалия) до клинически незначительного дефекта дужек тел позвонков при расщеплённом позвоночнике без спинномозговой грыжи (spina bifida occulta). Эти дефекты (как правило, наследуемые по многофакторному типу) возникают при неполном слиянии закрывающегося нервного желобка.
· Расщеплённый позвоночник с менингоцеле (spina bifida cystica) — грыжевое выпячивание оболочек мозга (менингоцеле) или оболочек и вещества спинного мозга (менингомиелоцеле) через дефект позвонков, обычно в поясничном отделе.
· Синдром Арнольда-Киари — протрузия структур ствола мозга и мозжечка через большое затылочное отверстие в шейный отдел спинного мозга. Порок часто сочетается с менингомиелоцеле.
· Другие дизрафические проявления могут развиться при контакте эмбриональной нервной ткани с формирующейся кожей.
· Ограничение подвижности спинного мозга возникает, когда концевые нити (filum terminale) окружены фиброзной и жировой тканями, что препятствует нормальному росту спинного мозга по мере роста ребёнка.
· Дипломиелия и диастематомиелия (удвоение и расщепление спинного мозга).
· Сирингомиелия — заполненная жидкостью полость или киста (syrinx) спинного мозга.
· Аплазия крестца встречается у 1% детей, матери которых больны диабетом. Основные неврологические проявления — недержание мочи и парез нижних конечностей.
· Нейродермальные свищи обычно не вызывают неврологических нарушений. Тем не менее, необходимо хирургическое обследование и закрытие дефекта, т.к. сообщение между кожей и спинным мозгом может привести к развитию менингита.
Дефекты передней срединной линии (голопрозэнцефалия) могут вызывать гипоплазию гипоталамуса и формирование единого желудочка мозга.
Аномалии формирования основания черепа
· Платибазия — вдавление краёв большого затылочного отверстия в заднюю черепную ямку вследствие укорочения ската или гипоплазии затылочной кости. Часто сочетается с синдромом Арнольда-Киари.
· Синдром Клиппеля-Фейля — отсутствие или срастание тел нескольких шейных позвонков. Часто сочетается c расщеплённым позвоночником (spina bifida), сирингомиелией, нейросенсорной или перцептивной глухотой и врождёнными пороками сердца.
Нарушения миграции и пролиферации клеток
Эти нарушения обычно возникают по неизвестной причине, хотя выявлена связь с приёмом токсических веществ (например, алкоголя, фенитоина) во время беременности, а также с хромосомными и другими генетическими аномалиями.
· Аплазия мозолистого тела точнее диагностируется с помощью магниторезонансной томографии. Расстояние между желудочками увеличено.
· Микроцефалия. Окружность головы (объём <1350 мл) в 2 раза меньше нормы. Обусловлена тем, что размеры черепа определяются малым объёмом мозга (микроэнцефалия).
· Макроцефалия — большая окружность головы.
· Наследственные метаболические и хромосомные дефекты могут приводить к макроцефалии, как и некоторые лейкодистрофии (например, синдром Кэнэвэн, болезнь Александера). Кистозные образования паутинной оболочки также могут служить причиной увеличения окружности головы.
· Гидранэнцефалия — внутриутробный глубокий некроз коры головного мозга с последующим накоплением ликвора. Этиология неясна; предполагают дефекты миграции в нейроонтогенезе, двухстороннюю окклюзию внутренних сонных артерий.
· Гидроцефалия — расширение желудочков мозга из-за чрезмерного объёма ликвора, самая частая причина увеличения головы в первые недели жизни.
Врождённые аномалии черепных нервов и связанных с ними структур
· Синдром Мёбиуса обусловлен недоразвитием ядер ствола мозга.
· Нейросенсорная (перцептивная) глухота — в большинстве случаев результат врождённого дефекта.
Аномалии развития мозжечка
Включают полное отсутствие червя и болезнь Денди-Уокера(кистозное расширение IV желудочка с обструктивной гидроцефалией из-за блокады или атрезии отверстий Мажанди или Люшка).
Пренатальная диагностика
Различные дефекты формирования нервной системы почти всегда могут быть выявлены во втором триместре беременности. Большинство случаев открытых пороков формирования нервной системы сопровождается повышением уровня АФП в амниотической жидкости и сыворотке крови матери. При обнаружении повышенного уровня АФП в сыворотке крови матери необходимо провести УЗИ плода и амниоцентез. Пренатальная диагностика в таких ситуациях позволяет либо прервать беременность при выявлении грубого порока плода, либо сохранить её и психологически подготовиться к рождению ребёнка с тяжёлым заболеванием.
ОРГАНЫ ЧУВСТВ
Организм воспринимает раздражения и получает информацию из внешней и внутренней среды при помощи специализированных сенсорных структур. Это тканевые рецепторы и органы чувств. Тканевые рецепторы ответственны за восприятие тактильных (прикосновение, давление, вибрация, растяжение), температурных, болевых и некоторых других сигналов. Органы чувств — сенсорные структуры для восприятия зрительных, слуховых, обонятельных и вкусовых раздражений. Соответственно это органы зрения, слуха и равновесия, обоняния и вкуса.
Орган зрения состоит из глазного яблока, соединённого через зрительный нерв с мозгом, и включает вспомогательный аппарат в виде век, слёзной железы и поперечнополосатых глазодвигательных мышц.
Развитие
Зачаток глаза появляется у 22-дневного эмбриона в виде пары неглубоких инвагинаций (глазных бороздок) в переднем мозге (рис. 8-43). После закрытия нейропоров инвагинации увеличиваются и формируют выросты — глазные пузыри. Особое значение имеют выселяющиеся из нервного гребня клетки, участвующие в образовании склеры и цилиарной мышцы, а также дифференцирующиеся в эндотелиальные клетки и фибробласты роговицы.
Глазные пузыри связаны с эмбриональным мозгом при помощи глазных стебельков. Глазные пузыри вступают в контакт с эктодермой будущей лицевой части головы и индуцируют в ней развитие хрусталика. Инвагинация стенки глазного пузыря приводит к формированию двухслойного глазного бокала.
Рис. 8-43. Развитие глаза. А — 22‑дневный эмбрион; Б — 4‑недельный эмбрион; В — эмбрион на пятой неделе развития. [17]
Рис. 8-44. Развитие глаза. А — 6‑недельный зародыш; Б — 7‑недельный зародыш. [17]
Глазной бокал. Наружный слой глазного бокала образует пигментный слой сетчатки (рис. 8-44). Внутренний слой формирует сетчатку. Аксоны дифференцирующихся ганглиозных клеток прорастают в глазной стебелёк и входят в состав зрительного нерва.
Сосудистая оболочка формируется из окружающей глазной бокал мезенхимы.
Эпителий роговицы развивается из эктодермы.
Хрусталик. Хрусталиковая плакода отделяется от эктодермы и образует хрусталиковый пузырёк, над которым смыкается эктодерма. При развитии хрусталикового пузырька изменяется толщина его стенок, в связи с чем появляются тонкий передний эпителий и комплекс плотно упакованных удлинённых эпителиальных клеток веретенообразной формы (хрусталиковых волокон) на задней поверхности. Хрусталиковые волокна, удлиняясь, заполняют полость пузырька. В эпителиальных клетках хрусталика синтезируются специфические для хрусталика белки — кристаллины. На начальных стадиях дифференцировки клетки хрусталика синтезируют небольшое количество a- и b-кристаллинов. По мере дифференцировки хрусталиковые волокна, кроме a- и b-кристаллинов, начинают синтезировать g-кристаллины; ядра и органеллы утрачиваются.
ГЛАЗНОЕ ЯБЛОКО
Стенка глазного яблока (bulbus oculi) образована тремя оболочками: наружной фиброзной [в задней части непрозрачная склера (sclera), переходящая в прозрачную роговицу в передней], средней собственно сосудистой (choroidea) и внутренней сетчатой (retina) (рис. 8–45).
Рис. 8-45. Передний отдел глаза. [17]
Рис. 8-45А. Роговица. Многослойный плоский неороговевающий эпителий состоит из 5‑6 слоёв (1). Под базальной мембраной лежит боуменова оболочка (3) — гомогенный слой, содержащий основное вещество и неупорядоченно ориентированные тонкие коллагеновые и ретикулиновые волокна. Собственное вещество роговицы (2) представлено правильно расположенными коллагеновыми пластинками и уплощёнными фибробластами, погружёнными в аморфное вещество. Окраска пикроиндигокармином.
Роговица
Роговица (cornea) — прозрачная оболочка передней стенки глаза, состоит из пяти слоёв (рис. 8-45А). Лимб — граница между прозрачной роговицей и непрозрачной склерой. Поверхность роговицы покрыта плёнкой секрета слёзных и слизистых желёз, в состав которого входит лизоцим, лактоферрин, иммуноглобулины. Поверхность роговицы покрыта многослойным плоским неороговевающим эпителием. Передняя пограничная мембрана — не содержащий клеток гомогенный толщиной 10–16 мкм слой основного вещества и неупорядоченно ориентированных тонких коллагеновых и ретикулиновых волокон; поддерживает форму роговицы. Собственноевещество представлено правильно расположенными коллагеновыми пластинками и уплощёнными фибробластами, погружёнными в матрикс из гликозаминогликанов, включая кератан- и хондроитинсульфаты. Задняя пограничная мембрана — прозрачный слой роговицы, расположен между собственным веществом и эндотелием задней поверхности роговицы, состоит из коллагеновых волокон (коллаген типа VIII) и аморфного вещества. Эндотелий роговицы ограничивает спереди переднюю камеру глаза.
Эндотелий роговицы. Представлен одним слоем клеток, отделяет строму роговицы от передней камеры глаза. Барьерная и «насосная» функция эндотелия имеют важное значение для гидратации стромы роговицы и для поддержания её прозрачности, а следовательно, прозрачности всей роговицы. Клетки эндотелия роговицы либо не делятся, либо делятся очень редко. Это обстоятельство следует учитывать при случайной или хирургической травме глаза, дистрофии и других заболеваниях, когда эндотелий не может выполнять функцию эффективного барьера между жидкостью передней камеры и стромой роговицы. Подобное снижение функции эндотелия приводит к отёку роговицы, снижению её прозрачности и остроты зрения, что требует трансплантации роговицы. Эндотелиальные клетки сохраняют пролиферативный потенциал, пребывая в G1–фазе клеточного цикла. На этой стадии действует ингибитор данной фазы цикла — p27kip1. У пожилых людей продолжительность этой фазы более длительная, и для выхода из неё эндотелиальные клетки требуют более активной митогенной стимуляции. Эндотелиальные клетки, по-видимому, не реагируют на аутокринную или паракринную стимуляцию факторами роста, несмотря на то, что они содержат мРНК для этих факторов и даже их рецепторов. Экзогенный трансформирующий фактор роста b(TGFb) и он же из водянистой влаги подавляют вступление эндотелиальных клеток в S–фазу. Другая причина отсутствия митозов в эндотелии роговицы — ингибирующее действие межклеточных контактов. Для поддержания функции роговицы важное клиническое значение придают активации пролиферативной активности эндотелия. Один из плодотворных подходов предполагает забор эндотелиальных клеток из роговицы пациента, выведение их в культуру, стимуляция invitro их митотической активности и возвращение на место в глаз пациента.
Эндотелиальные клетки с наибольшей способностью к пролиферации и, соответственно, регенераторным потенциалом расположены в периферической области роговицы. Здесь и преимущественно в верхней её части плотность клеток приблизительно на 10% выше, чем в центральной области роговицы. В этой области показано присутствие клеток, синтезирующих ДНК, дающих положительную реакцию с бромдезоксиуридином и на активность теломеразы. Здесь предполагается существование региональных стволовых клеток для обновления эндотелия роговицы.
Склера
Склера (sclera) — наружная непрозрачная оболочка глазного яблока. Склера построена из плотных тяжей коллагеновых волокон, между которыми находятся уплощённой формы фибробласты. В месте соединения склеры с роговицей расположены небольшие сообщающиеся полости, в совокупности образующие венозный синус склеры (sinus venosus sclerae), обеспечивающий отток жидкости из передней камеры глаза.
При повышении внутриглазного давления склера взрослого человека достаточно устойчива к растяжению. Однако при этом наблюдаются отдельные области истончения, особенно в области лимба. У детей склера слабо резистентна к растяжению, поэтому при увеличении внутриглазного давления у детей размеры глазного яблока аномально увеличиваются (бычий глаз, буфтальм). Самое тонкое место склеры — область решетчатой пластинки (lamina cribrosa). Через отверстия решетчатой пластинки проходят пучки волокон зрительного нерва. Это область наименьшего сопротивления в случае хронического увеличения внутриглазного давления. Прогрессирующее постепенное растяжение склеры наблюдается при патологической миопии (более 8 диоптрий).
Сосудистая оболочка
Сосудистая оболочка осуществляет питание сетчатки. Эта оболочка состоит из нескольких пластинок (слоёв): надсосудистой, сосудистой, хориокапиллярной и базальной. Надсосудистая пластинка (lamina suprachoroidea) расположена на границе со склерой, состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани с многочисленными пигментными клетками. Сосудистая пластинка (lamina vasculosa) содержит сплетение артерий и вен; в рыхлой соединительной ткани располагаются пигментные клетки и ГМК. Сосудисто-капиллярная (lamina choroidocapillaris) пластинка образована сплетением капилляров синусоидного типа. На границе с сетчаткой располагается базальнаяпластинка (lamina basalis) (базальная мембрана и эластические волокна). В передней части глаза сосудистая оболочка образует радужку и цилиарное тело.
Радужка
Радужка (iris) — продолжение сосудистой оболочки глаза, расположена между роговицей и хрусталиком, разделяет переднюю и заднюю камеры глаза и содержит эндотелий, наружный пограничный, сосудистый, внутренний пограничный и задний пигментный слои. Эндотелий(передний эпителий) — продолжение эндотелия роговицы. Наружный и внутренний пограничные слои имеют сходное строение и содержат фибробласты и меланоциты, погружённые в основное вещество. Сосудистый слой — рыхлая соединительная ткань, содержащая многочисленные сосуды и меланоциты. Задний пигментный слой переходит в двуслойный эпителий сетчатки, покрывающий цилиарное тело. В состав радужки входят суживающая (m. sphincter pupillae) ирасширяющая (m. dilatator pupillae) зрачок мышцы. При раздражении парасимпатических (холинергических) нервных волокон зрачок сужается, симпатическая стимуляция приводит к расширению зрачка.
Ресничное тело
В области угла глаза сосудистая оболочка утолщается, образуя ресничное тело (corpus ciliare), имеющее на срезе вид треугольника, обращённого основанием в переднюю камеру. Основную массу ресничного тела занимает ресничная мышца (m. ciliaris), играющая важную роль в аккомодации глаза. В её составе ГМК проходят в трёх взаимно перпендикулярных направлениях. От ресничного тела отходят по направлению к хрусталику ресничные отростки (processus ciliares). Они содержат массу капилляров, покрыты двумя слоями эпителия — пигментным и цилиарным секреторным, продуцирующим водянистую влагу. К цилиарным отросткам прикрепляется ресничный поясок (zonula ciliaris), содержащая белок фибриллин. Постганглионарные холинергические волокна из ресничного ганглия заканчиваются в ресничной мышце. При сокращении ресничной мышцы циннова связка расслабляется, и выпуклость хрусталика увеличивается.
Хрусталик
Хрусталик (lens) имеет вид двояковыпуклого тела. Его передняя поверхность покрыта однослойным кубическим эпителием, который по направлению к экватору (equator) становится выше. Эпителиальные клетки хрусталика связаны щелевыми контактами. Прозрачные хрусталиковые волокна (fibrae lentis) составляют основную часть хрусталика и содержат кристаллины. Капсула хрусталика (capsula lentis) — толстая базальная мембрана со значительным содержанием ретикулиновых волокон. Пpозpачность хpусталика и/или его капсулы нарушается при катаракте, наиболее частой причине ухудшения зрения и слепоты.
Передняя камера
Передняя камера (camera anterior) спереди ограничена роговицей, сзади — радужкой, а в пределах зрачка — центральной частью передней поверхности хрусталика. Глубина передней камеры наибольшая в центральной части, где достигает 3–3,5 мм. Угол между задней поверхностью периферической части роговицы и передней поверхностью корня радужки — угол передней камеры, он расположен в области перехода роговицы в склеру и радужки в цилиарное тело.
Задняя камера
Задняя камера (camera posterior) — пространство за радужкой, ограниченное хрусталиком, цилиарным и стекловидным телом.
Водянистая влага
Водянистая влага (humor aquosus) — жидкость, содержащая большую часть растворимых белков плазмы, деполимеризованную гиалуроновую кислоту, не содержит фибриногена; гипертонична по отношению к крови. Большая её часть поступает из капилляров и эпителия цилиарных отростков в заднюю камеру и проходит между радужкой и хрусталиком в переднюю камеру.
Трабекулярная сеточка
Трабекулярная сеточка (reticulum trabeculare) образована элементами роговицы, радужки и цилиарного тела и имеет важное значение для оттока водянистой влаги из передней камеры глаза.
· Внутриглазное давление (23 мм рт.ст.) зависит от равновесия между количеством образуемой и удаляемой водянистой влаги; скорость её образования и всасывания составляет примерно 2 мм3/мин. Главный путь оттока водянистой влаги: трабекулярная сеть ® венозный синус склеры ® венозные сосуды глаза. Глаукома открытоугольная (заблокирован венозный синус склеры), глаукома закрытоугольная (заблокирована трабекулярная сеть).
· Гематотканевые барьеры регулируют обмен между кровью и тканями глаза. Обмен между кровью и водянистой влагой осуществляется в радужке и цилиарном теле. Клетки цилиарного эпителия связаны плотными контактами, ограничивающими транспорт макромолекул. Капилляры радужки не имеют фенестр.
Стекловидное тело
Стекловидное тело (corpus vitreum) — прозрачная среда глаза, заполняет полость между хрусталиком и сетчатой оболочкой; стекловидное тело — гель, содержащий воду, коллагены II, IX и XI типов, белок витреин и гиалуроновую кислоту. Через стекловидное тело от сетчатки к хрусталику проходит стекловидный канал (canalis hyaloideus) — остаток эмбриональной сосудистой системы глаза (рис. 8-44). Cтекловидная мембрана (membrana vitrea) — cкопление коллагеновых волокон по периферии стекловидного тела, как бы формирующее его капсулу.
СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА
Сетчатая оболочка (сетчатка, retina) — внутренняя оболочка глаза (рис. 8-46А), имеет зрительный отдел, по зубчатому краю (ora serrata) переходящий в слепой отдел, покрывающий сзади цилиарное тело и радужку. У заднего края оптической оси глаза сетчатка имеет округлое жёлтое пятно (macula lutea) диаметром около 2 мм. Центральная ямка(fovea centralis) — углубление в средней части жёлтого пятна, место наилучшего восприятия. Зрительный нерв (nervus opticus) выходит из сетчатки медиальнее жёлтого пятна. Здесь образуется дискзрительного нерва (discus nervi optici). В центре диска имеется углубление, в котором видны питающие сетчатку сосуды, выходящие из зрительного нерва.
Слои сетчатки
Пигментный (stratum pigmentosum). Клетки полигональной формы, прилежащие к сосудистой оболочке. Одна клетка пигментного эпителия взаимодействует с наружными сегментами десятков фоторецепторных клеток — палочек и колбочек (рис. 8-46). Клетки пигментного эпителия запасают витамин А, участвуют в его превращениях и передают его производные фоторецепторным клеткам для образования зрительного пигмента.
Наружный ядерный слой (stratum nucleare externum) включает ядросодержащие части фоторецепторных клеток. Колбочкиконцентрируются в области жёлтого пятна. Глазное яблоко организовано таким образом, что на колбочки падает центральная часть светового пятна от визуализируемого объекта. По периферии от жёлтого пятна расположены палочки.
Наружный сетчатый (stratum plexiforme externum). Здесь осуществляются контакты внутренних сегментов палочек и колбочек с дендритами биполярных клеток.
Внутренний ядерный (stratum nucleare internum). Содержит биполярные клетки, связывающие палочки и колбочки с ганглиозными клетками, а также горизонтальные и амакринные клетки. Перикарионы амакринных клеток расположены во внутренней части внутреннего ядерного слоя.
Внутренний сетчатый (stratum plexiforme internum). В нём биполярные клетки контактируют с ганглиозными клетками, амакринные клеткивыступают в качестве вставочных нейронов. Популярна концепция о том, что ограниченное число биполярных клеток передает информацию 16 типам ганглиозных клеток при участии не менее 20 типов амакринных клеток.
Ганглионарный слой (stratum ganglionicum) содержит ганглиозные нейроны. Общая схема передачи информации в сетчатке такова: рецепторная клетка ® биполярная клетка ® ганглиозная клетка и одновременно амакринная клетка ® ганглиозная клетка.
Рис. 8-46. Сетчатка. Стрелками слева обозначены направления светового потока и возбуждения. Пигментный эпителий окружает наружные сегменты фоторецепторных клеток, образующих синаптические контакты с биполярными нейронами. Информация от биполярных клеток передаётся ганглиозным клеткам и по их аксонам, образующим зрительный нерв, уходит в мозг. Промежутки между нейронами заполняют крупные клетки радиальной глии. Их наружные отростки заканчиваются на границе между наружными и внутренними сегментами фоторецепторных клеток. [17]
Рис. 8-46А. Сетчатка. Пигментный слой (1) состоит из эпителиальных клеток полигональной формы. Наружные сегменты фоторецепторных клеток формируют слой палочек и колбочек (2). Наружный ядерный слой включает ядросодержащие части фоторецепторных клеток (3). Внутренний ядерный слой (4) резко выделяется за счёт многочисленных ядер биполярных, горизонтальных и амакринных клеток. В ганглиозном слое (5) располагаются крупные мультиполярные клетки с большими ядрами. Слой нервных волокон (6) образован аксонами ганглиозных нейронов. Окраска гематоксилином и конго красным.
Фоторецепторные клетки
Фоторецепторные клетки — палочки (рис. 8-47) и колбочки. Различают центральное и периферическое зрение, что связано с характером распределения в сетчатке палочек и колбочек. В области центральной ямки расположены преимущественно колбочки. Каждая колбочка центральной ямки образует синапс только с одним биполярным нейроном. Периферические отростки фоторецепторных клеток состоят из наружного и внутреннего сегментов, соединённых ресничкой. Центральное зрение, а также острота зрения реализуются колбочками. Периферическое зрение, а также ночное зрение и восприятие подвижных объектов — функции палочек.
Наружный сегмент имеет множество уплощённых замкнутых дисков, содержащих зрительные пигменты: родопсин — в палочках; красный, зелёный и синий пигменты — в колбочках.
Внутренний сегмент заполнен митохондриями и содержит базальное тельце, от которого в наружный сегмент отходит 9 пар микротрубочек.
Цветовосприятие — функция колбочек. Существует три типа колбочек, каждый из которых содержит только один из трёх разных (красный, зелёный и синий) зрительных пигментов. Зрительный пигментсостоит из апопротеина (опсин), ковалентно связанного с хромофором (11-цис-ретиналь или 11-цис-дегидроретиналь).
· Спектральная чувствительность красного, зелёного и синего зрительных пигментов различна — соответственно 560, 535 и 440 нм — и определяется первичной структурой апопротеина.
· Трихромазия — возможность различать любые цвета, определяется присутствием в сетчатке всех трёх зрительных пигментов (для красного, зелёного и синего — первичные цвета). Эти основы теории цветного зрения предложил Томас Янг (1802).
· Дихромазии — дефекты цветового восприятия (преимущественно у мужчин; например, в Европе разные дефекты у мужчин составляют 8% общей популяции) по одному из первичных цветов — подразделяют на протанопии, дейтанопии и тританопии (от греч. первый, второй и третий [имеются в виду порядковые номера первичных цветов: соответственно красный, зелёный, синий])
Рис. 8-47. Схема палочки. В наружном сегменте расположена стопка дисков, содержащих зрительный пигмент родопсин. Мембрана дисков и клеточная мембрана разобщены. Свет (hn) активирует родопсин Rh* в дисках, что закрывает Na+-каналы в клеточной мембране и снижает вход Na+ в клетку. [17]
Нейроны сетчатки
Нейроны сетчатки синтезируют ацетилхолин, дофамин, L-глутаминовую кислоту (например, между фоторецепторными нейронами и биполярными клетками), глицин, g-аминомасляную кислоту. Некоторые нейроны содержат серотонин, его аналоги (индоламины) и нейропептиды.
Горизонтальные клетки. Перикарионы расположены в наружной части внутреннего ядерного слоя, а отростки входят в область синапсов между фоторецепторными и биполярными клетками. Горизонтальные клетки получают информацию от колбочек и передают её также колбочкам. Соседние горизонтальные клетки связаны между собой щелевыми контактами.
Амакринные клетки. Их перикарионы находятся во внутренней части внутреннего ядерного слоя в области синапсов между биполярными и ганглиозными клетками.
Биполярные клетки реагируют на контрастность изображения. Некоторые биполяры сильнее реагируют на цветной, нежели на чёрно-белый контраст. Одни получают информацию преимущественно от палочек, другие — от колбочек.
Ганглиозные клетки — крупные мультиполярные нейроны многих разновидностей. Их аксоны образуют зрительный нерв. Ганглиозные клетки реагируют на множество свойств зрительного объекта (например, на светлые и тёмные объекты, однородность освещения, цвет объекта, его ориентацию).
Глия сетчатки
Кроме нейронов, сетчатка содержит крупные клетки радиальной глии (рис. 8-46). Их ядра расположены на уровне центральной части внутреннего ядерного слоя. Наружные отростки заканчиваются микроворсинками, образуя наружный пограничный слой. Внутренние отростки имеют расширение (ножку) во внутреннем пограничном слое на границе со стекловидным телом. Глиальные клетки играют важную роль в регуляции ионного гомеостаза сетчатки. В частности, они снижают концентрацию K+ во внеклеточном пространстве, где концентрация этих ионов при световом раздражении резко увеличивается. Плазматическая мембрана радиальной глии в области ножки характеризуется высокой проницаемостью для ионов K+, выходящих из клетки. Клетка радиальной глии захватывает K+ из наружных слоёв сетчатки и направляет поток этих ионов через свою ножку в жидкость стекловидного тела.
Механизм фотовосприятия
В состав дисков фоторецепторных клеток входят зрительные пигменты, в том числе родопсин палочек.
· Родопсин состоит из белковой части (опсин) и хромофора — 11-цис-ретиналя, под действием фотонов переходящего в транс-ретиналь. Мутации генов, кодирующих синтез опсинов, приводят к развитию пигментного ретинита и ночной (куриной) слепоты. Описано около 40 мутаций генов опсинов.
· Каскад фотоактивации. При попадании квантов света на наружные сегменты в фоторецепторных клетках последовательно происходят следующие события (рис. 8-48): активация родопсина в результате фотоизомеризации ® каталитическая активация G–белка (Gt, трансдуцин) родопсином ® активация фосфодиэстеразы при связывании с Gta ® гидролиз цГМФ цГМФ-фосфодиэстеразой ®переход цГМФ-зависимых Na+-каналов из открытого состояния в закрытое ® гиперполяризация плазмолеммы фоторецепторной клетки ® передача сигнала на биполярные клетки. Увеличение активности цГМФ-фосфодиэстеразы снижает концентрацию цГМФ, что сопровождается закрытием ионных каналов и гиперполяризацией плазмолеммы фоторецепторной клетки. Это служит сигналом для изменения характера секреции медиатора в синапсе между внутренним сегментом рецепторной клетки и дендритом биполярной клетки. В темноте ионные каналы в клеточной мембране рецепторных клеток поддерживаются в открытом состоянии за счёт связывания белков ионных каналов с цГМФ. Потоки внутрь клетки Na+ и Ca2+ через открытые каналы обеспечивают темновой ток.
Рис. 8-48. Трансмембранный белок родопсин и его связь с G–белком (трансдуцин) в плазмолемме фоторецепторных клеток. Возбуждённый фотонами родопсин активирует G–белок. При этом гуанозиндифосфат, связанный с a–СЕ G–белка, заменяется на гуанозинтрифосфат. Отщеплённые a–СЕ и b–СЕ действуют на фосфодиэстеразу и заставляют её превращать цГМФ в гуанозинмонофосфат. Это закрывает Na+-каналы, и ионы Na+ не могут попасть в клетку, что приводит к её гиперполяризации. R — родопсин; a, b и g — СЕ G–белка; A — агонист (в данном случае кванты света); E — фермент–эффектор фосфодиэстераза. [17]
СЛЁЗНАЯ ЖЕЛЕЗА
Слёзная железа (glandula lacrimalis) относится к вспомогательному аппарату глаза. Железа образована группой сложных трубчато-альвеолярных желёзок; секреторные отделы окружены миоэпителиальными клетками. Секрет железы, слёзная жидкость, по 6–12 протокам поступает в свод конъюнктивы и омывает роговицу и конъюнктиву. Из слёзного мешка по носослёзному каналу слёзная жидкость попадает в нижний носовой ход.
Обонятельная система способна различать более 10 000 различных запахов. Она также способна улавливать феромоны и другие запахи живых организмов, которые влияют на поведение и эмоциональные реакции. Нейроны обонятельной выстилки полости носа человека располагают 350 различными рецепторами пахучих веществ (у мыши приблизительно 1000). Каждый рецептор распознает множество пахучих веществ, но конкретный запах зависит от активации определённой комбинации рецепторов (комбинаторный рецепторный код). Пахучие вещества с близкой структурой имеют различные рецепторные коды, и поэтому воспринимаются как различные запахи. Изменение концентрации пахучего вещества также приводит к изменению его рецепторного кода и различному характеру восприятия.
Нейроны обонятельной выстилки передают информацию в обонятельную луковицу мозга, откуда сигналы поступают в обонятельную кору. Отсюда информация поступает в высшие корковые центры, а также в лимбическую систему мозга, которая контролируют эмоциональные реакции, поведение и физиологические ответы. В каждом нейроне обонятельной выстилки экспрессируется только один ген рецептора пахучего вещества. Сигналы от различных обонятельных рецепторов в обонятельной выстилке пространственно разделены. Нейроны, имеющие одинаковый рецептор, распределены случайным образом по четырём пространственным зонам эпителия. Сигналы от нейронов с одинаковым рецептором значительно разбросаны, а сигналы от различных рецепторов рассыпаны между ними. Комбинаторный рецепторный код конкретного запаха «привязан» к конкретному ансамблю нейронов обонятельной выстилки, которые имеют конкретный рецептор пахучего вещества.
Нейроны, имеющие определенный рецептор пахучего вещества, распределены по обонятельной выстилке, но их аксоны конвергируют в немногочисленных клубочках в двух фиксированных областей обонятельной луковицы. Таким образом, на уровне обонятельной луковицы рецепторный код пахучего вещества представлен специфической комбинацией клубочков, каждый из которых получает сигналы от одного компонента обонятельного рецепторного кода.
Карта обонятельного входа в обонятельной луковице имеет значение для запоминания запахов и поддержания обонятельной чувствительности. Обонятельные нейроны живут сравнительно недолго и постоянно обновляются, но карта в обонятельной луковице остаётся неизменной. В каждом клубочке аксоны тысяч обонятельных нейронов с определенным рецептором пахучего вещества образуют синапсы приблизительно с пятью десятками проекционных нейронов. Подобная интеграция сигналов имеет значение для поддержания оптимальной чувствительности обонятельной системы к действию низких концентраций пахучих веществ.
Периферический отдел обонятельного анализатора представлен обонятельным полем (обонятельная выстилка, area olfactoria), которое занимает среднюю часть верхней носовой раковины и соответствующий ей участок слизистой оболочки перегородки носа площадью 2,5 см2. Обонятельный эпителий содержит рецепторные клетки (рис. 8-49), общее количество которых достигает 50 млн. Их центральные отростки (аксоны) передают информацию в обонятельную луковицу. Обонятельные рецепторные клетки окружены опорными клетками. Обонятельный эпителий содержит также пигментные клетки, от которых зависит жёлтый цвет обонятельной выстилки. В подэпителиальной соединительной ткани расположены концевые отделы боуменовых желёз, кровеносные сосуды и пучки безмиелиновых нервных волокон обонятельного нерва. Слизь, секретируемая боуменовыми железами, покрывает поверхность обонятельной выстилки слоем толщиной 60 мкм. В процессе хемовосприятия участвуют обонятельные реснички, погружённые в слизь. Обонятельный нерв — совокупность тонких обонятельных нитей (fila olfactoria), проходящих через отверстия решётчатой кости в мозг к обонятельным луковицам и образующих пучки по 10–100 нитей. Кроме безмиелиновых волокон, в соединительнотканном слое обонятельной выстилки проходят отдельные миелиновые волокна тройничного нерва.
Рис. 8-49. Орган обоняния. В эпителии обонятельной выстилки расположены обонятельные рецепторные нейроны. Их наружные отростки заканчиваются обонятельными булавами, от которых в разные стороны параллельно поверхности эпителия отходят обонятельные волоски. Аксоны рецепторных нейронов в составе обонятельных нитей (fila olfactoria) обонятельного нерва проходят через lamina cribrosa решётчатой кости и образуют синапсы с нейронами обонятельной луковицы (bulbus olfactorius). Многочисленные опорные клетки окружают рецепторные клетки. [17]
ОБОНЯТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА
Морфология
Тело обонятельной клетки содержит многочисленные митохондрии, цистерны эндоплазматической сети с рибосомами, элементы комплекса Гольджи, лизосомы. Обонятельные клетки, кроме центрального, имеют короткий периферический отросток (дендрит), заканчивающийся на поверхности обонятельного эпителия сферическим утолщением — обонятельной булавой диаметром 1–2 мкм. В ней присутствуют митохондрии, мелкие вакуоли и базальные тельца для отходящих от вершины булавы 20–80 обонятельных волосков длиной 30–200 мкм, имеющих строение типичных ресничек. В мембране обонятельных ресничек присутствуют рецепторы пахучих веществ.
Функция
Рецепторные клетки обонятельной выстилки регистрируют 25–35 первичных запахов. Их комбинации образуют много миллионов воспринимаемых запахов. Обонятельные рецепторные нейроны в ответ на адекватную стимуляцию деполяризуются. В плазмолемму обонятельных ресничек встроены цАМФ-зависимые воротныеионные каналы, открывающиеся при взаимодействии с цАМФ. Молекула рецептора пахучего вещества содержит 7 трансмембранных участков, наружный вариабельный домен, связывающийся с пахучим веществом, и цитоплазматический хвост, связанный с G–белком. Молекулы рецепторов кодируются более чем 1000 генами. Каждый из них отвечает за восприятие определенной группы пахучих веществ.
· Система цАМФ. цАМФ-зависимые воротные ионные каналы активируются в результате последовательности событий: взаимодействие пахучего вещества с белком-рецептором в плазмолемме обонятельных ресничек ® активация G–белка ®повышение активности аденилатциклазы ® увеличение уровня цАМФ ® активация цАМФ-зависимых воротных ионных каналов ®деполяризация мембраны (рис. 8-50).
Рис. 8-50. Ответ обонятельной рецепторной клетки на её адекватную стимуляцию. Пахучие вещества непосредственно или в комплексе со связывающими белками взаимодействуют с молекулами рецепторов, встроенных в мембрану реснички обонятельной клетки. Это взаимодействие вызывает активацию G–белка (Golf), а затем аденилатциклазы, что увеличивает уровень цАМФ в клетке. Одной из мишеней цАМФ служит катионселективный канал, открытие которого обеспечивает поступление в ресничку Na+ и Ca2+, что приводит к деполяризации мембраны. Увеличение внутриклеточного Ca2+ открывает Ca2+-зависимые Cl–-каналы, что усиливает деполяризацию мембраны. При расщеплении цАМФ специфическими фосфодиэстеразами амплитуда рецепторного потенциала снижается. Комплекс Ca2+ с кальмодулином взаимодействует с катионселективным каналом и снижает его аффинность к цАМФ. Ca2+выводится из клетки в обмен на Na+. [128]
· Система инозитолтрифосфата также имеет отношение к механизму хемовосприятия в органе обоняния. При действии некоторых пахучих веществ быстро возрастает уровень инозитолтрифосфата, который взаимодействует с Ca2+‑каналом в плазмолемме обонятельных рецепторных нейронов. Таким образом, системы вторых посредников цАМФ и инозитолтрифосфата взаимодействуют между собой, обеспечивая лучшее различение запахов.
· Механизм адаптации. Через цАМФ-зависимые воротные ионные каналы внутрь клетки проходят не только одновалентные катионы, но и Ca2+, который связывается с кальмодулином. Образовавшийся комплекс Ca2+‑кальмодулин взаимодействует с каналом, что препятствует его активации цАМФ, в результате чего рецепторная клетка становится нечувствительной (адаптируется) к действию пахучего вещества.
Регенерация
Продолжительность жизни обонятельных клеток — 40 дней. Обонятельные рецепторные клетки составляют исключение среди нейронов: они постоянно обновляются за счёт клеток–предшественниц, т.е. относятся к обновляющейся клеточной популяции. Это обстоятельство позволило использовать в эксперименте нейроны обонятельной выстилки для их трансплантации в мозг в расчёте на интеграцию регенерирующих нейронов обонятельной выстилки в структуры нейронных ансамблей. Предшественники обонятельных рецепторных клеток — базальные клетки эпителия обонятельной выстилки.
ОПОРНЫЕ КЛЕТКИ
Среди опорных клеток различают высокие цилиндрические клетки и клетки меньших размеров, не достигающие поверхности рецепторного слоя. Цилиндрические клетки на апикальной поверхности содержат микроворсинки длиной 3–5 мкм. Кроме хорошо развитых органелл общего значения, опорные клетки в апикальной части содержат множество секреторных гранул.
ГЛИАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР
Глиальные клетки обонятельных структур необычны. Они проявляют свойства и шванновских клеток, и астроцитов. Как шванновские клетки, глиальные клетки обонятельных структур экспрессируют белок S100, низкоаффинный рецептор фактора роста нервов (NGF) белок p75. В то же время, проявляя свойства астроцитов, эти клетки экспрессируют белок GFAP. Уникальность клеток состоит в том, что при трансплантации в мозг они способны поддерживать затруднённые в обычных условиях в ЦНС рост аксонов и их миелинизацию. В экспериментах на животных показано, что глиальные клетки обонятельных структур при трансплантации в поврежденный спинной мозг способствуют регенерации, миелинизации аксонов и частичному восстановлению нарушенных моторных и сенсорных функций. К настоящему времени в клиниках Португалии, Австралии и Китая произведено до 400 аутотрансплантаций клеток обонятельных структур при повреждениях спинного мозга. Подобные операции начаты в России. Трансплантация глиальных клеток обонятельных структур способствует улучшению неврологических функций.
Периферическая часть вкусового анализатора — вкусовые почки. Они обнаружены в эпителии рта, языка, переднего отдела глотки, пищевода и гортани. Их основная локализация — хемочувствительные сосочки языка: грибовидные, желобоватые и листовидные. У детей и реже у взрослых вкусовые почки встречаются в эпителии губ, надгортанника и даже голосовых связок.
ВКУСОВАЯ ПОЧКА
Вкусовая почка (gemma gustatoria) (рис. 8-51) имеет эллипсоидную форму, высоту 27–115 мкм и ширину 16–70 мкм. В их апикальном отделе находится заполненный аморфным веществом вкусовой канал, открывающийся на поверхность эпителия вкусовой порой. Почка образована 30–80 удлинёнными клетками, тесно прилегающими одна к другой. Большинство этих клеток вступает в контакт с нервными волокнами, проникающими в почку из подэпителиального нервного сплетения, содержащего миелиновые и безмиелиновые нервные волокна. Все клеточные типы вкусовой почки образуют афферентные синапсы с нервными терминалями.
Рис. 8-51. Вкусовая почка состоит из удлинённых светлых клеток различных типов. Их апикальная поверхность открывается во вкусовую пору на поверхности эпителиального пласта. Клетки вкусовой почки образуют синапсы с периферическими отростками чувствительных нейронов. [17]
Генез. Развитие вкусовых почек языка протекает параллельно с прорастанием нервных волокон в эпителий. Дифференцировка почек начинается одновременно с появлением скоплений безмиелиновых нервных волокон непосредственно под областью расположения будущей почки.
Структура
Клетки вкусовых почек морфологически неоднородны. Выделяют четыре типа клеток.
Клетки типа I в апикальной части имеют до 40 микроворсинок, выступающих в полость вкусового канала. Верхушечная часть клеток содержит большое количество электронно-плотных гранул. Цитоскелет представлен хорошо выраженными пучками микрофиламентов и микротрубочек. Часть этих структур образует компактный пучок, суженный конец которого связан с парой центриолей. Комплекс Гольджи, имеющий отношение к образованию электронно-плотных гранул, расположен над ядром. В базальной части клетки присутствуют небольшие плотные митохондрии. В этой же области сосредоточена хорошо развитая гранулярная эндоплазматическая сеть.
Клетки типа II имеют более светлую цитоплазму. В ней, наряду с варьирующими по размерам вакуолями, содержатся расширенные цистерны гладкой эндоплазматической сети. В апикальной части клетки расположены редкие и мелкие микроворсинки. Встречаются мультивезикулярные тельца, лизосомы и электроноплотный материал.
Клетки типа III содержат в апикальной части присутствуют невысокие микроворсинки, центриоли и незначительное количество пузырьков диаметром до 120 нм. Гранулярная эндоплазматическая сеть развита слабо. Многочисленные уплощённые цистерны и пузырьки образуют хорошо выраженную гладкую эндоплазматическую сеть. Характерная особенность клеток — наличие в цитоплазме гранулярных пузырьков диаметром 80–150 нм, а также светлых пузырьков диаметром 30–60 нм. Эти пузырьки, в первую очередь светлые, имеют отношение к афферентным синапсам. Гранулярные пузырьки располагаются и в других частях клетки, но всегда присутствуют в области синапсов.
Клетки типа IV расположены в базальной части вкусовой почки и не достигают вкусового канала. Они содержат крупное ядро и пучки микрофиламентов. Функция этих клеток остаётся неясной. Не исключено, что клетки типа IV служат предшественниками для всех типов клеток вкусовой почки.
Хеморецепторные клетки. Хотя контакты с афферентными волокнами образуют все типы клеток, функцию хемовосприятия связывают преимущественно с клетками типа III. В пресинаптической области вкусовых клеток гранулярные пузырьки содержат серотонин, медиатор афферентного синапса (рис. 8-52). Сладкие раздражители активируют во вкусовых рецепторных клетках аденилатциклазу, что приводит к увеличению уровня цАМФ. Горечи действуют через G–белок, называемый гастдуцином (рис. 8-53), что через увеличение активности фосфодиэстеразы приводит к снижению уровня цАМФ. Кроме сладкого, кислого, горького и солёного хеморецепторные клетки реагируют на юмами (umami). Данная разновидность вкусового восприятия, открытая японскими исследователями, определяется действием глутамата и, возможно, других аминокислот, в большом количестве присутствующих в морепродуктах, особенно морских водорослях, а также в грибах и картофеле. Эти аминокислоты открывают катионные каналы.
Рис. 8-52. Активация хеморецепторной клетки. В клетке выделяют апикальный и базолатеральный отделы, разделенные областью локализации плотных контактов. В апикальном отделе присутствуют вкусопередающие каналы (солёное и кислое) и рецепторы, связанные с G–белком (сладкое, юмами и горькое), а также активируемые этим белком системы вторых посредников. Потенциалозависимые Nа+-, K+- и Ca2+-каналы опосредуют процессы освобождения нейромедиатора из пресинаптической части в базальном отделе клетки. Здесь же сосредоточены цистерны гладкой эндоплазматической сети, депонирующие Ca2+. Главным нейромедиатором является серотонин. Его рецепторы присутствуют в постсинаптической части, образованной афферентной нервной терминалью. В мембрану базолатеральной части клетки встроены Ca2+-каналы TRPM5, которые усиливают связанную с G–белком рецептор-опосредованную деполяризацию клетки. [128]
Рис. 8-53. Молекулярные механизмы вкусовой рецепции. Катионная селективность амилорид-чувствительных Nа+- и H+-чувствительных протонных каналов обеспечивает восприятие соответственно солёного и кислого. В обоих случаях активация работы каналов приводит к деполяризации клетки. В восприятии сладкого, аминокислот (юмами) и горечей участвуют рецепторы, связанные с G–белком. В случае восприятия сладкого гетеромерный рецепторный комплекс из субъединиц T1R2 и T1R3 передаёт сигнал на фосфолипазу С b2 с последующей активацией Ca2+-каналов TRPM5 с участием системы инозитолтрифосфата. Эти же каналы открываются при стимуляции вкусовой клетки аминокислотами (юмами), но в данном случае рецепторный гетеромерный комплекс состоит из субъединиц T1R1 и T1R3. Восприятие горького осуществляется через рецепторный комплекс молекулы T2R c G–белком гастдуцином, который не найден в хеморецепторных клетках, реагирующих на сладкое и аминокислоты (юмами). [128]
Регенерация
Во вкусовом рецепторе происходит постоянное обновление клеток. Из периферической области вкусовой почки клетки перемещаются в центральную её часть со скоростью 0,06 мкм/час. Средняя продолжительность жизни клеток вкусового рецепторного органа составляет 250±50 часов. После повреждения нервов, иннервирующих вкусовые почки, последние дегенерируют, а при регенерации нервов происходит их восстановление. Результаты этих исследований дают основание полагать, что вкусовые почки находятся под нейротрофическим контролем.
Слух и равновесие
Развитие
У 22-дневного эмбриона (рис. 8-54 и 8-55) на уровне ромбовидного мозга появляются парные утолщения эктодермы — слуховые плакоды. Путём инвагинации и последующего отделения от эктодермы формируется слуховой пузырёк. С медиальной стороны к слуховому пузырьку прилежит зачаток слухового ганглия, из которого вскоре дифференцируются ганглий преддверия и ганглий улитки. По мере развития в слуховом пузырьке появляются две части: эллиптический мешочек (utriculus) с полукружными каналами и сферический мешочек (sacculus) с зачатком канала улитки.
Рис. 8-54. Развитие органа слуха и равновесия. А — 28‑дневный эмбрион; Б — поперечный срез 22‑дневного эмбриона на уровне ромбовидного мозга. [17]
Рис. 8-55. Образование слухового пузырька. А — 24‑дневный эмбрион; Б — 27‑дневный эмбрион; В — 32‑дневный эмбрион. [17]
ОРГАН СЛУХА
Наружное ухо (auris externa) включает ушную раковину (auricula), наружный слуховой проход (meatus acusticus externus) и барабанную перепонку (membrana tympani), передающую звуковые колебания на слуховые косточки среднего уха. Ушная раковина образована эластическим хрящом, покрытым тонкой кожей. Наружный слуховой проход выстлан кожей, содержащей волосяные фолликулы, типичные сальные железы и церуминозные железы — видоизменённые сальные железы, вырабатывающие ушную серу. Наружная поверхность барабанной перепонки покрыта кожей. Изнутри, со стороны барабанной полости (среднее ухо), барабанная перепонка выстлана однослойным кубическим эпителием, который отделён от наружного слоя тонкой соединительнотканной пластинкой.
Среднее ухо (auris media) содержит слуховые косточки — молоточек, наковальня и стремя, которые передают колебания с барабанной перепонки на мембрану овального окна. Барабанная полость выстлана многослойным эпителием, который переходит в однослойный цилиндрический мерцательный у отверстия слуховой трубы. Между эпителием и костью располагается прослойка плотной волокнистой соединительной ткани. Кость медиальной стенки барабанной полости имеет два окна, овальное и круглое, которые отделяют барабанную полость от костного лабиринта внутреннего уха.
Внутреннее ухо (auris interna) образовано костным лабиринтом височной кости, который содержит повторяющий его рельеф перепончатый лабиринт. Костный лабиринт — система полукружных каналов (canales semicirculares) и сообщающаяся с ними полость — преддверие (vestibulum). Перепончатый лабиринт — система тонкостенных соединительнотканных трубок и мешочков, расположенная внутри костного лабиринта. В костных ампулах перепончатые каналы расширяются. В преддверии перепончатый лабиринт образует два сообщающихся между собой мешочка: эллиптический мешочек, в который открываются перепончатые полукружные каналы, и сферический мешочек. Перепончатые полукружные каналы и мешочки преддверия заполнены эндолимфой и сообщаются с улиткой, а также с расположенным в полости черепа эндолимфатическим мешком, где эндолимфа резорбируется. Эпителиальная выстилка эндолимфатического мешка содержит цилиндрические клетки с плотной цитоплазмой и ядрами неправильной формы, а также цилиндрические клетки со светлой цитоплазмой, высокими микроворсинками, многочисленными пиноцитозными пузырьками и вакуолями. В просвете мешка присутствуют макрофаги и нейтрофилы.
Улитка
Улитка (cochlea) — спирально закрученный костный канал, развившийся как вырост преддверия. Улитка образует 2,5 завитка длиной около 35 мм. Базилярная (основная) и вестибулярная мембраны, расположенные внутри канала улитки, делят его полость на три части: барабанная лестница (scala tympani), лестница преддверия (scala vestibuli) и перепончатый канал улитки (scala media, средняя лестница, улитковый ход) (рис. 8-56). Эндолимфа заполняет перепончатый канал улитки, а перилимфа — лестницу преддверия и барабанную лестницу. Лестница преддверия и барабанная лестница сообщаются у вершины улитки с помощью отверстия (геликотрема, helicotrema). В перепончатом канале улитки на базилярной мембране расположен рецепторный аппарат улитки — спиральный орган.
Рис. 8-56. Перепончатый канал и спиральный орган. Канал улитки разделён на лестницу преддверия и барабанную лестницу и перепончатый канал, в котором расположен спиральный орган. Перепончатый канал отделён от барабанной лестницы базилярной мембраной. В её составе проходят периферические отростки нейронов спирального ганглия, образующие синаптические контакты с наружными и внутренними волосковыми клетками. [17]
Эндолимфа — вязкая жидкость, заполняет перепончатый канал улитки и соединяется через специальный канал (ductus reuniens) с эндолимфой вестибулярного аппарата. Концентрация K+ в эндолимфе в 100 раз больше, чем в ликворе и перилимфе; концентрация Na+ в эндолимфе в 10 раз меньше, чем в перилимфе.
Перилимфа по химическому составу близка к плазме крови и спинномозговой жидкости и занимает промежуточное положение между ними по содержанию белка.
Спиральный орган
Спиральный (organum spirale) орган (рис. 8-57, 8-57А) содержит несколько рядов волосковых клеток, контактирующих с покровной мембраной. Различают внутренние и наружные волосковые и поддерживающие клетки. Волосковые клетки — рецепторные и образуют синаптические контакты с периферическими отростками чувствительных нейронов спирального ганглия.
Рис. 8-57. Спиральный орган. Механочувствительные волосковые клетки образуют несколько рядов: один ряд внутренних и 3–5 рядов наружных. Внутренние и наружные волосковые клетки разделены туннелем. Его образуют крупные наружные и внутренние клетки-столбы. Со стереоцилиями волосковых клеток соприкасается покровная мембрана. [17]
Рис. 8-57А. Спиральный орган. В канале улитки различают барабанную (7), вестибулярную (6) и среднюю лестницы. Орган слуха находится на базилярной мембране (5). Внутренний и наружные ряды волосковых (1) и поддерживающих клеток (2) разделены туннелем (4). Со стереоцилиями волосковых клеток соприкасается текториальная мембрана (3). Окраска гематоксилином и эозином.
Внутренние волосковые клетки образуют один ряд, имеют расширенное основание, 20–50 неподвижных микроворсинок — стереоцилий, проходящих через кутикулу в апикальной части. Стереоцилии расположены полукругом (или в виде буквы V), открытым в сторону наружных структур спирального органа. Внутренние волосковые клетки — первичные сенсорные клетки, которые возбуждаются в ответ на звуковой раздражитель и передают возбуждение афферентным волокнам слухового нерва. Смещение покровной мембраны вызывает деформацию стереоцилий, в мембране которых открываются механочувствительные ионные каналы и возникает деполяризация. В свою очередь, деполяризация способствует открытию потенциалочувствительных Ca2+- и K+-каналов, встроенных в базолатеральную мембрану волосковой клетки. Возникающее повышение в цитозоле концентрации Ca2+ инициирует секрецию нейромедиатора (наиболее вероятен глутамат) из синаптических пузырьков с последующим его воздействием на постсинаптическую мембрану в составе афферентных терминалей слухового нерва.
Внутренние волосковые клетки имеют грушевидную форму и округлое расположенное в центре клетки ядро. Клетки с латеральной стороны прикрыты внутренними клетками-столбами, а другими своими поверхностями контактируют с фаланговыми клетками. Внутренние волосковые клетки образуют с фаланговыми клетками специализированные контакты, которые по своей структуре есть нечто среднее между плотным и адгезионными контактами. Дифференцированные волосковые клетки не имеют щелевых контактов и десмосом. Отсутствие десмосом связывают с отсутствием цитокератинов. Апикальная часть клетки вместе со стереоцилиями погружена в эндолимфу, заполняющую среднюю лестницу. Базолатеральная часть волосковой клетки контактирует с перилимфой, окружена опорными клетками и нервными терминалями. Внутренние волосковые клетки располагаются на так называемой дугообразной зоне (pars tecta) базилярной мембраны, которая располагается между выростами костной спиральной пластинки. Следовательно, в этой части базилярная мембрана неподвижна, и тела внутренних волосковых клеток, как полагают, не вибрируют в ответ на звуковую стимуляцию.
На апикальном конце улитки высота стереоцилий наибольшая, она постепенно уменьшается к основанию улитки. Главный белок в стереоцилии — актин. Актиновые филаменты в стереоцилии расположены параллельно и сшиты фимбрином и др. белками. Наряду с этими белками в стереоцилии присутствуют различные молекулярные формы миозина. Мутации генов, кодирующих синтез миозинов VI, VIIAи XV вызывают потерю слуха, связанную с выраженными патологическими изменениями структурной организации стереоцилий. Из трёх вышеназванных форм миозин VIIA выявлен только в стереоцилиях. FERM-домен на С–конце молекулы миозина VIIAвзаимодействует с трансмембранным белком адгезионных контактов визатином на боковой поверхности стереоцилии. Этот белок связывает миозин VIIA c комплексом кадгерин–катенины. В стереоцилии выявлен ряд новых белков. Среди них актин-связывающий белок 2E4, уникальный для процесса реорганизации актина в ходе формирования стереоцилии. В этом ряду также стереоцилин, мутация гена которого вызывает глухоту.
Интегрины служат рецепторами фибронектина и участвуют в связывании клетки с внеклеточным матриксом. В стереоцилии присутствует a8b1 интегрин. Пространственную организацию пучков актиновых нитей поддерживает белок эпсин, который найден не только в стереоцилиях волосковых клеток, но и в микроворсинках всасывательной каёмки и в области контактов клетки Сертоли со сперматидами. Мутации гена эпсина также приводят к глухоте. Актиновый цитоскелет стереоцилии постоянно перестраивается и полностью обновляется через 48 часов.
На апикальном конце волосковой клетки в области основания стереоцилий располагается кутикулярная пластинка, которая рассматривается как специальная органелла в данном клеточном типе. В неё вплетаются актиновые нити стероцилий. Кутикулярная пластинка рассматривается как аналог терминальной сети в каёмчатых клетках, но она имеет большую толщину, т.к. связана с более длинными, по сравнению с длиной микроворсинок, стереоцилиями.
В апикальной части внутренней волосковой клетки присутствуют плотные и адгезионные контакты. Последние ассоциированы с плотным кольцом актиновых нитей. Количество ионных каналов в клеточной мембране достигает 20 000.
Взаимоотношения между внутренней волосковой клеткой и нервными терминалями проиллюстрированы на рисунке 8-60.
Рис. 8-58. Внутренняя волосковая клетка и её связи с афферентными и эфферентными нервными терминалями. Клетка окружена внутренними фаланговыми клетками. В мембрану базальной и латеральной части встроены ионные каналы, включая потенциалозависимые Ca2+ и Ca2+-активируемые K+-каналы. Наиболее вероятный возбуждающий медиатор глутамат присутствует в крупных пузырьках в пресинаптической части. Глутаматные рецепторы находятся в активных зонах постсинаптической мембраны афферентного синапса, образованного периферическими отростками чувствительных нейронов тип I, локализованных в спиральном ганглии. В постсинаптической мембране предполагается существование, по крайней мере, двух разновидностей глутаматных рецепторов: ионотропных AMPA и связанных со вторым посредником метаботропных рецепторов. Глутаматные рецепторы присутствуют также в пресинаптической мембране, участвуя в механизмах обратной регуляции. В постсинаптической мембране работают K+-каналы, состав субъединиц которых меняется во внутренних волосковых клетках в зависимости от их локализации в спирали улитки. Эфферентные нервные терминали образуют эфферентные синапсы на внутренних волосковых клетках, но в большем количестве на афферентных терминалях. Медиаторами в эфферентных синапсах служат ацетилхолин, динорфин, пептид, связанный с кальцитониновым геном, энкефалин, дофамин и ГАМК. Они могут совместно локализоваться в одной эфферентной терминали, освобождаться из неё и связываться со своими рецепторами в постсинаптической мембране, оказывая возбуждающее (+) (ацетилхолин) или тормозящее (–) (ГАМК) действие. [144]
Наружные волосковые клетки (рис. 8-59, 8-60) расположены в 3–5 рядов, имеют цилиндрическую форму и стереоцилии. Миозин распределяется вдоль стереоцилии волосковой клетки. Причинами несиндромной глухоты (не сочетается с другими патологическими проявлениями) с аутосомным рецессивным наследованием являются мутации генов миозина VI и VIIA.
Рис. 8-59. Связь наружной волосковой и наружной фаланговой клеток. Разновидность многочисленных поддерживающих клеток спирального органа — наружные фаланговые клетки. Такая клетка полностью окружает основание наружной волосковой клетки вместе с эфферентным нервным окончанием, имеющим форму чаши. Дополнительно наружная фаланговая клетка образует тонкий длинный отросток, конец которого прикрепляется к боковой поверхности апикальной части наружной волосковой клетки Апикальные части наружных волосковых клеток и наружных фаланговых клеток связаны плотными контактами. [17]
Рис. 8-60. Механоэлектрическая передача в волосковых клетках. При смещении волосков в сторону высокой стереоцилии в мембране кончика стереоцилий открываются катионселективные каналы, через которые ионы K+ проникают внутрь клетки. Возникающая деполяризация способствует открытию потенциалозависимых Ca2+-каналов в мембране тела клетки. Кальций входит в клетку и вызывает экзоцитоз нейромедиатора. [128]
Наружные волосковые клетки преимущественно иннервируются эфферентными волокнами, что оказывается важным для усиления и модуляции функции истинных слуховых сенсорных клеток, которыми являются внутренние волосковые клетки. Наружные волосковые клетки имеют форму цилиндров с уплощённой апикальной частью. Округлое ядро смещено в базальную часть клетки. Апикальная часть содержит стереоцилии. Базальная часть размещается в углублении, сформированном наружными фаланговыми клетками. Наружные волосковые клетки образуют три ряда. Боковая поверхность клеток омывается жидкостью, заполняющей наружный туннель (cuniculusexternus) и опорно-волосковое клеточное пространство (cuniculus intermedius). Наружные фаланговые клетки «пропускают» к волосковым клеткам эфферентные нервные волокна, которые образуют эфферентные синапсы с волосковыми клетками. Высота волосковых клеток колеблется от 20 до 70 мкм. В основании улитки расположены более короткие наружные волосковые клетки. Молекулярная организация стереоцилий наружных и внутренних волосковых клеток идентична.
Как и в случае внутренних волосковых клеток, здесь отсутствуют десмосомы, промежуточные филаменты и щелевые контакты.
Плотные контакты в апикальной части клетки формируют уникальный смешанный комплекс с адгезионными контактами, разделяя среды, содержащие эндолимфу в scala media и перилимфу в опорно-волосковом клеточном пространстве. Актин образует кольцевое скопление по периферии клетки на уровне адгезионных контактов, связан с кутикулярной пластинкой, клеточной мембраной в области боковой поверхности и присутствует в околоядерной области.
Наружные волосковые клетки способны изменяться по высоте. Поскольку ретикулярная пластинка жестко фиксирована, изменение высоты наружных волосковых клеток преимущественно смещает базилярную мембрану с последующей передачей вибрации на стереоцилии внутренних волосковых клеток.
Эфферентные миелиновые волокна оливоулиткового тракта проходят через спиральный канал стержня (canalis spiralis modioli), в котором располагается улитковый узел (ganglion spirale), содержащий биполярные чувствительные нейроны. Эфферентные волокна теряют миелин и выходят из канала через продырявленный поводок (habenulaperforata). Затем безмиелиновые эфферентные волокна пересекают туннель на уровне середины его высоты в отличие от афферентных волокон, которые пересекают туннель в области его дна. Эфферентные волокна проходят параллельно трём рядам наружных волосковых клеток, формируя наружные спиральные пучки. Выходящие из них отдельные нервные волокна формируют синапсы с наружными волосковыми клетками. Главным нейромедиатором в них считается ацетилхолин, проявляющий здесь тормозное действие. Молекулярная организация холинорецепторов в постсинаптической мембране уникальна. Они содержат a9 и a10 субъединицы. Секреция ацетилхолина вызывает гиперполяризацию наружных волосковых клеток, что оказывает модулирующее влияние на их высоту и последующие реакции в цепочке передачи звукового раздражения. Кроме того, ацетилхолин оказывает прямое влияние на высоту волосковых клеток, влияя на их жесткость по продольной оси. Изменение высоты волосковых клеток опосредовано внутриклеточными сигнальными путями, в которых участвуют ГТФазы RhoA, Rac1 и Cdc42. ГАМК, также как и ацетилхолин, оказывает гиперполяризующее действие на наружные волосковые клетки (рис. 8-61).
Рис. 8-61. Наружная волосковая клетка и её контакты с афферентными и эфферентными нервными терминалями. Клетку поддерживают наружные фаланговые клетки. Под мембраной боковой и базальной поверхности локализуются субповерхностные цистерны. Эфференты из оливокохлеарной системы образуют многочисленные синапсы с основанием наружной волосковой клетки в области залегания субповерхностных цистерн. Нейромедиаторами в эфферентном синапсе служат ацетилхолин и, возможно, ГАМК и пептид, связанный с кальцитониновым геном. В постсинаптической мембране, принадлежащей волосковой клетке, среди рецепторов к упомянутым лигандам присутствуют н-холинорецепторы (субъединицы a-9 и a-10), опосредующие тормозное влияние. Волосковая клетка и терминаль периферического отростка чувствительного нейрона тип II, локализованного в спиральном ганглии, образуют афферентный синапс с нейромедиатором глутаматом. [144]
Поддерживающие (опорные) клетки. Среди поддерживающих клеток различают внутренние фаланговые клетки, наружные фаланговые клетки, наружные пограничные столбчатые клетки, наружные поддерживающие столбчатые клетки, наружные поддерживающие кубические клетки, наружные базальные железистые клетки. Фаланговые клетки вступают в контакт с волосковыми, располагаясь на базилярной мембране. Отростки наружных фаланговых клеток проходят параллельно наружным волосковым клеткам, не соприкасаясь с ними на значительном протяжении, и на уровне апикальной части волосковых клеток вступают с ними в контакт. Поддерживающие клетки связаны щелевыми контактами, образованными коннексином-26, -30, -31 и -32. Щелевые контакты участвуют в восстановлении уровня К+ в эндолимфе в ходе следовых реакций после возбуждения волосковых клеток. Мутации гена коннексина-26 выявлены у больных врожденной нейросенсорной глухотой. Мутации ряда генов приводят к нарушению ионного гомеостаза в улитке и ослаблению слуха.
Поддерживающие клетки не только образуют опору волосковых клеток. Они участвуют в регуляции ионного гомеостаза в спиральном органе. Поддерживающие клетки выводят K+ из органа и передают эти ионы фиброцитам, которые, в свою очередь, участвуют в транспорте K+ в обратном направлении, в сосудистую полоску (stria vascularis). Мутации генов, кодирующих белки K+-каналов и K+/Cl– котранспортёра (например Kcc4) в поддерживающих клетках, являются причиной ухудшения слуха.
Маркёрами, отличающими поддерживающие клетки от волосковых, служат цитокератины и коннексины.
Наружная фаланговая клетка содержит три компартмента: тело, ножку и так называемую апикальную головную пластинку — боковой отросток в апикальной части. Тело клетки расположено на базилярной мембране. Верхняя часть образует округлое вместилище для базальной части наружной волосковой клетки. От тела клетки с наклоном отходит ножка в сторону ретикулярной пластинки, заполняющей пространство между наружными волосковыми клетками. Ножка заканчивается апикальной головной пластинкой, которая участвует в образовании ретикулярной пластинки. Головная пластинка наружных фаланговых клеток первого и второго ряда имеет гантелевидную форму. Если тело наружной фаланговой клетки образует чашу для наружной волосковой клетки, то её апикальная головная пластинка, располагаясь более латерально и апикально, не вступает в контакт с этой наружной волосковой клеткой, но контактирует с четырьмя другими наружными волосковыми клетками. Таким образом, каждая наружная фаланговая клетка находится в контакте с пятью наружными волосковыми клетками. Наружные фаланговые клетки, также как и наружные волосковые клетки, способны менять свою высоту, что осуществляется в ответ на действие АТФ через рецепторы P2X.
Наружные поддерживающие столбчатые клетки образуют латеральную границу спирального органа. Их цитоскелет более беден, чем в наружных фаланговых клетках и в клетках-столбах. Одна часть наружной поддерживающей столбчатой клетки расположена на базилярной мембране, тогда как другая часть формирует второй слой, располагаясь частично над наружными базальными железистыми клетками. Для апикальной части клетки характерны липидные включения.
Покровная мембрана (membrana tectoria) включает белки, углеводы, гликозаминогликаны, которые образуют матрикс и волокна. Среди белков наиболее значимы коллагены тип II и IX, а также коллагеноподобный белок тип V. Неколлагеновые белки представлены преимущественно гликопротеинами. Описаны приводящие к глухоте мутации генов, кодирующих белки мембраны отогелин и a-текторин. В зоне прикрепления мембраны к спиральному краю выявлен белок отоанкорин. Его мутация приводит к глухоте. В составе мембраны присутствуют глюкоза, галактоза, манноза, N–ацетилглюкозамин, N–ацетилгалактозамин, N–ацетилнейраминовая кислота. Из гликозаминогликанов доминирует хондроитин-4-сульфат, но присутствуют и другие молекулы, например кератан-сульфат.
Базилярная мембрана представлена несколькими структурными доменами. Средняя часть — дугообразная зона (pars tecta). Латеральная часть представлена гребенчатой зоной (pars pectinata). Граница между ними проецируется на наружные опорные клетки. Дугообразная зона частично встроена в костную спиральную пластинку. Поэтому она менее мобильна при перемещении жидкостей улитки в ответ на звуковое раздражение. В противоположность ей гребенчатая зона более подвижна и вибрирует в ответ на звуковые сигналы. Через мелкие отверстия дугообразной зоны (habenula perforata) от спирального ганглия к волосковым клеткам спирального органа проходят волокна слухового нерва. Поверхность мембраны, обращенная к scala media, структурно организована по аналогии с базальной мембраной эпителия мембранного лабиринта. На противоположной поверхности, обращенной к перилимфе в scala tympani, присутствуют клетки, аналогичные клеткам, выстилающим барабанную лестницу, и внеклеточные компоненты. В образовании волокон участвуют коллагены II, IV и XI типа. Мутации коллагенов при синдроме Олпорта приводят к нарушению слуха. Во внеклеточном матриксе велико содержание фибронектина, а также присутствует тенасцин.
Путь передачи слухового раздражения. Цепочка передачи звукового давления выглядит следующим образом: барабанная перепонка ®молоточек ® наковальня ® стремя ® мембрана овального окна ®перилимфа ® базилярная и покровная мембраны ® мембрана круглого окна (рис. 8-62). При смещении стремени частицы перилимфы перемещаются по лестнице преддверия и затем через геликотрему по барабанной лестнице к круглому окну. Жидкость, сдвинутая смещением мембраны овального окна, создаёт избыточное давление в вестибулярном канале. Под действием этого давления базальный участок основной мембраны смещается в сторону барабанной лестницы. Колебательная реакция в виде волны распространяется от базальной части основной мембраны к геликотреме. Смещение покровной мембраны относительно волосковых клеток при действии звука вызывает их возбуждение. Смещение мембраны относительно сенсорного эпителия отклоняет стереоцилии волосковых клеток, что открывает механочувствительные каналы в клеточной мембране и приводит к деполяризации клеток. Возникающая электрическая реакция, названная микрофонным эффектом, по своей форме повторяет форму звукового сигнала.
Рис. 8-62. Преддверно-улитковый орган (organum vestibulocochleare). Звуковое давление через барабанную перепонку по цепочке косточек среднего уха (молоточек наковальня стремя) передаётся на мембрану овального окна и далее к перилимфе сообщающихся через геликотрему лестниц к круглому окну. Колебания перилимфы передаются покровной мембране. Её смещение вызывает раздражение волосковых клеток. [17]
При сверхпороговом звуковом раздражении (акустическая травма) и применении некоторых ототоксических препаратов (антибиотики стрептомицин, гентамицин) волосковые клетки погибают. Возможность их регенерации из клеток–предшественниц нейросенсорного эпителия имеет важное практическое значение, считается установленным для птиц и интенсивно изучается на млекопитающих.
ОРГАН РАВНОВЕСИЯ
В каждом ампулярном расширении полукружного канала находятся кристы, или гребешки (crista ampullaris) (рис. 8-62, 8-63, 8-63А). Чувствительные области в мешочках называются пятнами.
Рис. 8-63. Нейросенсорные области внутреннего уха выделены чёрным. В нейросенсорных областях расположены механочувствительные волосковые клетки. Это спиральный орган (орган слуха), кристы и пятна, или макулы (орган равновесия). [17]
Рис. 8-63А. Гребешок. Нейросенсорный эпителий образован волосковыми (1) и поддерживающими клетками. Апикальная часть волосковых клеток погружена в желатинообразный прозрачный купол (2). Окраска гематоксилином и эозином.
Эпителий пятен и крист
В состав эпителия пятен и крист входят чувствительные волосковые и поддерживающие клетки (рис. 8-64). В эпителии пятен киноцилии распределены особым образом. Здесь волосковые клетки образуют группы из нескольких сот единиц. Внутри каждой группы киноцилии ориентированы одинаково, однако ориентация самих групп различна. Эпителий пятен покрыт студенистой отолитовой мембраной. Отолиты — кристаллы карбоната кальция. Эпителий крист окружён желатинообразным прозрачным куполом.
Рис. 8-64. Гребешок (crista ampullaris). Нейросенсорный эпителий образован волосковыми и поддерживающими клетками. В центре гребешка расположены волосковые клетки типа I, а по периферии — типа II. Волосковые клетки образуют синапсы с нервными окончаниями. В куполе гребешка отолиты отсутствуют. [17]
Волосковые клетки (рис. 8-65) присутствуют в каждой ампуле полукружных каналов и в пятнах мешочков преддверия. Различают два типа волосковых клеток. Клетки типа I обычно расположены в центре гребешков, тогда как клетки типа II — по периферии. Клетки обоих типов в апикальной части содержат 40–110 неподвижных волосков (стереоцилии) и одну ресничку (киноцилия), расположенную на периферии пучка стереоцилий. Самые длинные стереоцилии находятся вблизи киноцилии, а длина остальных уменьшается по мере удаления от киноцилии. Волосковые клетки чувствительны к направлению действия стимула (дирекционная чувствительность). При направлении раздражающего воздействия от стереоцилий к киноцилии волосковая клетка возбуждается. При противоположном направлении стимула происходит угнетение ответа. Клетки типа I имеют форму амфоры с закруглённым дном и размещены в бокалообразной полости афферентного нервного окончания. Эфферентные волокна образуют синаптические окончания на афферентных волокнах, связанных с клетками I типа. Клетки типа II имеют вид цилиндров с округлым основанием. Характерная особенность этих клеток заключается в их иннервации: нервные окончания здесь могут быть как афферентными (большинство), так и эфферентными.
Рис. 8-65. Волосковые клетки. Справа — клетка типа I, слева — клетка типа II. [17]
Вестибулярный нерв
Комментарии
Отправить комментарий