Tkanka nerwowa

Komórki:
• komórki nerwowe (neurony) - sygnalizacja, neurosekrecja
• komórki neurogleju (glejowe) - ochrona, wspomaganie
Substancja międzykomórkowa: prawie nieobecna
(blaszki podstawne)
Tkanka nerwowa
pobudliwość
przewodnictwo
Komórka nerwowa:
ciało komórkowe (perykarion)
wypustki: dendryty i neuryt (akson)
Klasyfikacja komórek nerwowych:
A. Liczba wypustek
• jednobiegunowe
• dwubiegunowe
• pseudojednobiegunowe
• wielobiegunowe
dendryty
Dendryty:
Akson:
akson
zakończenia aksonu
różna liczba, krótsze, bardziej rozgałęzione,
zawierają ciałka Nissla, nie mają kanałów sodowych
otwieranych zmianą potencjału, przewodzą dośrodkowo
pojedynczy, dłuższy, słabiej rozgałęziony, nie zawiera
ciałek Nissla, posiada kanały sodowe otwierane zmianą
potencjału, otoczony osłonkami, przewodzi odśrodkowo
Komórka nerwowa
B. Długość aksonu
• Golgi I (projekcyjne)
- długi akson
• Golgi II (lokalne)
- krótki akson
C. Kształt perykarionu
• ziarniste
• gwiaździste
• piramidowe
• gruszkowate
jednobiegunowa dwubiegunowa pseudo-j.b. wielobiegunowa
piramidowa
gruszkowata
W mikroskopie świetlnym, ciałka Nissla to zasadochłonne ziarna
widoczne w perykarionie i dendrytach (nigdy w aksonie)
Organelle:
• ciałka Nissla
(tigroid)
• aparat Golgiego
• mitochondria
• lizosomy
• cytoszkielet
dendryty
Inne:
• neuromelanina
• lipofuscyna
odejście
aksonu
1
Mikroskop elektronowy ujawnia, że ciałka Nissla to skupiska szorstkiej
siateczki śródplazmatycznej i wolnych rybosomów
Cytoszkielet komórki nerwowej
• neurofilamenty
(= filamenty pośrednie)
pęczki
neurofilamentów
i neurotubul
akson
• neurotubule (= mikrotubule)
Neurofilamenty pełnią funkcję
podporową
Neurotubule, współpracując z mechanoenzymami, są odpowiedzialne
za transport organelli, pęcherzyków i dużych cząsteczek w perykarionie
i w wypustkach. Szczególnie istotny jest transport wewnątrz aksonu
(transport aksonalny):
odśrodkowy
(anterogradowy)
(kinezyna)
Niektóre wirusy (np. wścieklizny) i toksyny bakteryjne
(np. tężca) wykorzystują retrogradowy transport aksonalny,
docierają do perykarionów komórek nerwowych i niszczą je.
dośrodkowy
(retrogradowy)
(dyneina)
Potencjał czynnościowy: depolaryzacja błony komórkowej
(kanały sodowe otwierane zmianą potencjału)
Przewodnictwo nerwowe
Potencjał spoczynkowy:
• kanały potasowe („przecieku”) – otwarte
• kanały sodowe – zamknięte
• pompa sodowo-potasowa
zamknięte
inaktywowane otwarte
zamknięte
akson
przestrzeń pozakomórkowa
Na+
+
miejsce wzbudzenia
potencjału czynnościowego
(początkowy odcinek aksonu)
K+
kanały potasowe
- 90 mV
kanał chlorkowy
pompa sodowopotasowa
cytoplazma
kanał sodowy
szybkość: 1-3 m/s
2
Włókno nerwowe = akson otoczony osłonką
W niezmielinizowanych włóknach obwodowego układu nerwowego,
aksony leżą w rynienkowatych zagłębieniach błony komórkowej
komórek Schwanna (osłonka Schwanna)
Osłonki aksonu są wytwarzane
przez komórki neurogleju:
• w obwodowym u.n. przez
komórki Schwanna
• w ośrodkowym u.n. przez
oligodendrocyty i astrocyty
W zależności od typu osłonki,
włókna nerwowe mogą być:
• zmielinizowane (aksony są
otoczone osłonką mielinową)
• niezmielinizowane (aksony są
otoczone cienką osłonką
cytoplazmatyczną, niekiedy
bez osłonki)
W zmielinizowanych włóknach obwodowego układu nerowowego,
akson jest otoczony przez szczególną osłonkę mielinową, również
wytworzoną przez komórki Schwanna
Aksony pozbawione osłonki mielinowej mają regularnie rozmieszczone kanały
sodowe i przewodzą bodźce w formie fali depolaryzacji (przewodzenie ciągłe)
Mielinizacja
Wpuklenie błony komórki
Schwanna (mezakson)
owija się wielokrotnie
wokół aksonu...
... co prowadzi do
wytworzenia zwartego
układu koncentrycznych,
wielokrotnych warstw
fosfolipidowych z
niewielką ilością białek
mezakson
Akson
Akson otoczony przez osłonkę mielinową ma nierównomiernie rozmieszczone
kanały sodowe i przewodzi bodźce w formie złożonej z depolaryzacji błony
i słabego prądu elektrycznego płynącego przez cytoplazmę (przewodzenie
skokowe, do 120 m/s); osłonka mielinowa jest izolatorem elektrycznym
Przewężenie Ranviera – styk dwóch segmentów osłonki mielinowej
• fałdy cytoplazmy komórek Schwanna
• w aksonie:
- mitochondria
- w błonie aksonu (aksolemie)
liczne kanały sodowe
otwierane zmianą potencjału
Przewodzenie skokowe
• faza szybka (w obrębie segmentu osłonki, prąd elektryczny
płynący przez cytoplazmę aksonu; osłonka działa jak izolator)
• faza wolna (w przewężeniu Ranviera, depolaryzacja błony aksonu)
przewodzenie
3
Synapsy mogą się tworzyć pomiędzy różnymi częściami
komórek nerwowych, a także pomiędzy komórkami nerwowymi
i włóknami mięśniowymi szkieletowymi
Szybkość przewodzenia zależy od:
• obecności osłonki mielinowej
• długości segmentów osłonki
• grubości osłonki mielinowej
• grubości aksonu
Typy włókien nerwowych:
A: grube zmielinizowane
B: cienkie zmielinizowane
C: niezmielinizowane
15-120 m/s
3-15 m/s
1-3 m/s
• aksodendrytyczne
• aksosomatyczne
• aksoaksonalne
• płytki motoryczne
Synapsa składa się z części
pre- i postsynaptycznej
Przewodzenie synaptyczne (synapsa chemiczna):
1. Potencjał czynnościowy dochodzi
do części presynaptycznej
2. Otwierają się kanały wapniowe
(otwierane zmianą potencjału)
3. Wzrost poziomu Ca2+ w części
presynaptycznej wywołuje egzocytozę
pęcherzyków synaptycznych
4. Cząsteczki neuroprzekaźnika
dyfundują przez szczelinę synaptyczną
i wiążą się z receptorami w błonie
postsynaptycznej
5. Otwierają się kanały jonowe
w błonie postsynaptycznej
Część presynaptyczna:
• pęcherzyki synaptyczne zawierające
neuroprzekaźnik
• mitochondria
• kanały wapniowe
• błona presynaptyczna i strefa aktywna
Szczelina synaptyczna:
• kadheryny łączące błony prei postsynaptyczną
Część postsynaptyczna:
• błona postsynaptyczna z receptorami
dla neuroprzekaźnika
• płytka postsynaptyczna (zagęszczenie
postsynaptyczne) – szkielet blonowy
Wydzielony do szczeliny synaptycznej
neuroprzekaźnik w większości powraca
(wychwyt zwrotny – endocytoza
receptorowa) do części presynaptycznej
Egzocytoza
neuroprzekaźników
wymaga współdziałania
wielu białek
Typ synapsy zależy od
rodzaju receptorów błony postsynaptycznej
i ich sposobu działania
Synapsa pobudzająca: otwierają się kanały kationowe (np. Na+),
→ depolaryzacja błony postsynaptycznej
W błonie presynaptycznej:
białka fuzyjne z rodziny
SNARE (syntaksyna,
SNAP-25)
W błonie pęcherzyka:
• białka wiążące pęcherzyk z filamentami aktynowymi
i ułatwiające agregację pęcherzyków (synapsyny,
rab3)
• białka dokujące pęcherzyk do błony
presynaptycznej (synaptotagmina)
• białka fuzyjne z rodziny SNARE (synaptobrewina)
Synapsa hamująca: otwierają się kanały anionowe (np. Cl-),
→ hiperpolaryzacja błony postsynaptycznej
--------------------------------------------------------------------------------------------Synapsa jonotropowa: receptory to kanały jonowe otwierane
przyłączeniem cząsteczki neuroprzekaźnika
(szybka reakcja)
Synapsa metabotropowa: receptory (związane z białkami G) inicjują
serię reakcji biochemicznych, które prowadzą
do otwarcia kanałów jonowych w części
postsynaptycznej (wolniejsza reakcja)
4
Neuroprzekaźniki
Charakter
chemiczny
Nazwa
Typ synaps
Działanie
synaps*
estry
acetylocholina
jonotropowe,
metabotropowe
pobudzające
aminy
biogenne
noradrenalina
dopamina
serotonina
metabotropowe
metabotropowe
metabotropowe,
jonotropowe
pobudzające
hamujące
pobudzające
aminokwasy
kwas gammaaminomasłowy
(GABA)
glicyna
kwas glutaminowy
jonotropowe,
metabotropowe
hamujące
jonotropowe,
jonotropowe,
metabotropowe
hamujące
pobudzające
peptydy
opioidowe (endorfiny, metabotropowe
enkefaliny)
inne (np. CGRP,
metabotropowe
substancja P, VIP)
hamujące
nukleotydy
ATP, GTP
jonotropowe,
metabotropowe
pobudzające
gazy
tlenek azotu (NO)
metabotropowe
pobudzające
Niedobór neuroprzekaźnika – dopaminy – w pewnym obszarze
mózgu (substantia nigra) jest przyczyną choroby Parkinsona
różne
Synapsy elektryczne
dendryt
to połączenia szczelinowe (neksusy)
pomiędzy błoną pre- i postsynaptyczną
akson
błona
presynaptyczna
Bodźce z synaps są przewodzone
przez dendryty w formie
słabych prądów elektrycznych
(potencjały postsynaptyczne)
W perykarionie ulegają sumowaniu
(powstaje zbiorczy potencjał
postsynaptyczny). Jeżeli jest on
wystarczająco duży, wyzwala
potencjał czynnościowy w
początkowym odcinku aksonu
przewodzenie synaptyczne
bez opóźnienia
Komórki neurogleju:
Parakrynowe
przewodzenie bodźców
Ośrodkowy U.N.
• astrocyty
• oligodendrocyty
• komórki mezogleju
• komórki ependymy
Obwodowy U.N.
• komórki Schwanna
Pomiędzy zakończeniami
włókien nerwowych a komórkami
mięśniowymi gładkimi
i gruczołowymi nie tworzą się
synapsy – bodźce przewodzone
są na drodze parakrynowej
(neuroprzekaźniki dyfundują
przez istotę międzykomórkową)
Astrocyt
protoplazmatyczny
Astrocyt
włóknisty
neuroprzekaźnik
Komórka
mezogleju
Oligodendrocyt
5
Astrocyty
• ich wypustki tworzą „mankiety”
otaczające komórki nerwowe,
ich wypustki i naczynia
krwionośne
• wspomagają metabolicznie
komórki nerwowe
• w miejscach uszkodzenia
tkanki nerwowej namnażają się
i tworzą blizny
protoplazmatyczne
Oligodendrocyty
wytwarzają osłonki mielinowe
wokół aksonów ośrodkowego
układu nerwowego
Pojedynczy oligodendrocyt może
wytworzyć kilka segmentów
osłonki mielinowej wokół kilku
aksonów
włókniste
Komórki mikrogleju
(mezogleju)
są odmianą makrofagów
rezydującą w ośrodkowym
układzie nerwowym
• pochodzenie szpikowe
• po aktywacji:
- zmieniają kształt
- migrują (np. do ogniska
zapalnego)
- fagocytują
- produkują cytokiny
spoczynkowe
Komórki ependymy
• tworzą pseudonabłonkowe wyściółki
komór i kanałów w OUN
• mikrokosmki, migawki
• połączenia międzykomórkowe
• nie wytwarzają blaszek podstawnych
aktywowane
Opona miękka
Astrocyt
Osł. mielinowa
Oligodendrocyt
Kapilara
Komórka
mezogleju
Neuron
Astrocyt
Ependyma
Kom. mezogleju
Komora
Komórki Schwanna
• jeżeli tworzą segmenty osłonek, są wydłużone
• w innych lokalizacjach (amficyty w zwojach rdzeniowych, lemnocyty
w ciałkach czuciowych) mogą być różnokształtne
• dobrze rozwinięte organelle (wyjątek: segmenty osłonki mielinowej)
• wytwarzają blaszkę podstawną
6
nanerwie
(tk. łączna włóknista)
Zwój rdzeniowy (międzykręgowy) zawiera pseudojednobiegunowe
kom. zwojowe, amficyty (komórki satelitarne - zmodyfikowane
kom.Schwanna), włókna nerwowe i gęstą sieć naczyń włosowatych
onerwie
(warstwy płaskich
fibroblastów)
Pień nerwowy
(nerw obwodowy)
• pęczki włókien nerwowych
• tkanka łączna
• naczynia krwionośne
śródnerwie
(włókna srebrochłonne,
fibryle kolagenowe)
Ośrodkowy układ nerwowy
Rdzeń kręgowy
Istota szara:
• perykariony komórek nerwowych
• niezmielinizowane włókna nerwowe
• astrocyty protoplazmatyczne
• liczne naczynia krwionośne
Istota biała:
• brak perykarionów komórek nerwowych
• zmielinizowane włókna nerwowe
• liczne oligodendrocyty
• astrocyty włókniste
• mniej liczne naczynia krwionośne
α- motoneuron
kanał centralny
Komórki Purkiniego mają gęste drzewo dendrytyczne, rozgalęziające
się tylko w jednej płaszczyźnie; przetwarzają sygnały wysłane przez
wszystkie inne typy neuronów kory móżdżku
Kora móżdżku ma trzy warstwy
drobinowa
zwojowa
(kom. Purkiniego)
ziarnista
Perykarion kom. Purkiniego jest otoczony przez „koszyczek” – splot włókien
nerwowych
7
Choć kora móżdżku zawiera kilka typów neuronów, opuszczają ją
tylko aksony komórek Purkiniego
Kora mózgu (neocortex) ma sześć warstw
Duża kom.
ziarnista
Komórki
Purkiniego
Warstwa
drobinowa
Komórka
gwiaździsta
Drobinowa
Ziarnista zewn.
Warstwa
ziarnista
Istota
biała
Piramidowa zewn.
Ziarnista wewn.
Bocznice
powrotne
Piramidowa wewn.
Komórka
koszyczkowa
Małe kom.
ziarniste
Włókno
pnące
Wielokształtna
Włókno mszyste
Aksony kom. Purkiniego
Neuralne komórki macierzyste
Lokalizacja:
• strefa przykomorowa
• warstwa podziarnista zakrętu zębatego
hipokampa
(w tych rejonach zachodzi neurogeneza)
Choć komórki nerwowe nie mogą się namnażać przez podział,
udowodniono możliwość powstawania nowych, sprawnych
czynnościowo neuronów z komórek macierzystych obecnych
w niektórych obszarach mózgu
Jest to rzadkie zjawisko, ale daje nadzieję na uruchomienie
procesów regeneracyjnych w centralnym układzie nerwowym.
Nowe neurony migrują ze strefy
przykomorowej do opuszki węchowej
W swoich niszach neuralne komórki macierzyste występują w obrębie
powtarzających się „gniazd neurogenezy” wraz z komórkami progenitorowymi
i neuroblastami
ependyma
komora
Neuralne komórki macierzyste
są morfologicznie podobne
do komórek glejowych
(gleju radialnego)
Neuralne komórki macierzyste:
• w hodowli różnicują się w neurony,
astrocyty i oligodendrocyty
k. macierzyste
k. progenitorowe
neuroblasty
Pozostałe składniki niszy:
• komórki ependymy
• kapilary
• substancja międzykomórkowa
Nowe neurony wbudowują się
w warstwę ziarnistą zakrętu
strefa przykomorowa
strefa podziarnista
• po transplantacji (u zwierząt):
- poprawiają funkcje motoryczne
po uszkodzeniu rdzenia kręgowego
- wbudowują się do istoty czarnej
w modelu choroby Parkinsona
- poprawiają pamięć w modelu
choroby Alzheimera
- poprawiają mielinizację w modelach
chorób demielinizacyjnych
- gromadzą się w rejonach uszkodzeń
i procesów zapalnych, tworząc
„ektopowe nisze”
Problem: na razie wszystkie te lecznicze efekty są nieznaczne, dalekie
od oczekiwań, są problemy z różnicowaniem NKM, niekiedy generują one
nowotwory
8
Bariera krew-mózg
Opony mózgu i rdzenia
Blaszka
podstawna
Składniki morfologiczne:
• komórki śródbłonkowe
• blaszka podstawna
• warstwa wypustek astrocytów
Selektywna przepuszczalność
naczyń włosowatych w mózgu
jest wynikiem obecności:
• ciągłych stref zamykających
pomiędzy komórkami
śródbłonka naczyń
• selektywnych białek
transportowych w błonie
komórkowej śródbłonka
Opona twarda:
tkanka łączna włóknista
Opona pajęcza: beleczki
łącznotkankowe pokryte
warstwą fibroblastów
Wypustki
astrocytów
Strefa
zamykająca
Komórka
śródbłonkowa
Opona miękka: delikatna
tkanka łączna wiotka
pokryta warstwą
fibroblastów.
Od tkanki nerwowej
oddziela ja warstwa
wypustek astrocytów
(glejowa błona graniczna)
Opona twarda
Opona pajęcza
(beleczki)
Opona miękka
Tk. nerwowa
Splot naczyniówkowy
produkuje płyn mózgowordzeniowy
Wypustki opony miękkiej
(kosmki naczyniówkowe)
• zawierają liczne naczynia
włosowate typu okienkowego
• są pokryte transportującymi
jony komórkami ependymy,
o układzie nabłonka jednowarstwowego sześciennego
9