ОСНОВИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ НЕЙРОЦИТІВ

Основним компонентом нервової тканини є нейроцит. Це збудливі клітини, які забезпечують передачу нервових імпульсів у синапсах за допомогою нейромедіаторів. Нервова клітина була відкрита Р. Дютроше в 1824 р. Термін "нейрон" був запропонований у 1891 р. В. Вальдейєром, одним із авторів так званої нейронної теорії. Згідно з цією теорією нервова система побудована з окремих нейронів з відростками, які контактують один з одним.

Підкреслимо, що значний внесок у вивчення морфології нервової системи зробили К. Гольджі та С. Рамон-і-Кахал, які в 1906 р. отримали Нобелівську премію з фізіології та медицині. На їхню честь названо нейрони мозочка.

Згідно з морфологічними дослідженнями нейроцити є відростчастими клітинами, в яких чітко розрізняють тіло (перикаріон), що вміщує ядро, органели, елементи цитоскелета й численні відростки (рис. 6.1).

Оболонка нервової клітини – нейролема відрізняється від плазмолеми інших клітин високим умістом (до 79 %) різних ліпідів.

Серед відростків розрізняють короткі галузисті дендрити й один довгий аксон. З експресією специфічного фосфобілка GAP-43 пов'язують початок диференціації нейронів. Відросток, який накопичує білок GAP-43, у подальшому обов'язково стане аксоном.

Задовго до електрофізіологічних досліджень С. Рамон-і-Кахаль (1899 р.) висунув припущення, що короткі галузисті дендрити сприймають та проводять різні впливи до тіла нейрона, тоді як довгий аксон проводить імпульси від тіла клітини до інших елементів.

Аксон (синонім нейрит) це найдовший відросток нейроцита, завжди один, проводить імпульси від тіла клітини, закінчується кінцевими розгалуженнями (терміналлю). Терміналі утворюють синапси на поверхні тіл різних клітин і вступають у контакт із відростками нейронів. На деякій відстані від аксона може відходити гілочка аксона (колатераль) майже під прямим кутом у бік, далі вона може повертатися до аксона й продовжувати рухатися вздовж нього або у зворотному напрямку. Аксон може становити 99 % загального об'єму нейрона; його довжина може досягати 1,5 м (наприклад, аксон мотонейронів спинного мозку, який іннервує кінцівки). У складі його аксоплазми є синаптичні пухирці, нейрофіламенти, мікротрубочки, мітохондрії, рибосоми, тощо. Для аксона характерний аксонний транспорт, який полягає в переміщенні різних речовин і органел по аксону від перикаріону вниз (антероградний транспорт) і вгору до перикаріону (ретроградний транспорт). Переміщення аксоплазми відбувається зі швидкістю 0,4 мм/год (повільний рух) і 4–41 мм/год (швидкий рух). У ході транспорту від перикаріону переносяться метаболіти, за рахунок яких у закінченнях аксонів утворюються медіатори та здійснюється енергетичне забезпечення цього синтезу; кисень, що використовується для окиснення в мітохондріях, які знаходяться в нервових закінченнях; білки іонних каналів, ферменти синтезу нейромедіатору; нейрогормони (в аксонах нейросекреторних клітин) тощо. При цьому багато з перерахованих речовин переносяться в розчинній формі, інші ж (наприклад, гормони й медіатори) – у складі пухирців або гранул. Розрахунки показують, що швидкий транспорт розчинених речовин здійснюється найпевніше не шляхом дифузії речовин або переміщенням рідини по нейротрубочках, а шляхом току рідини (під дією гідродинамічного тиску) через міжтубулярний простір. Пухирці ж і гранули транспортуються по мікротрубочках за допомогою моторних білків, які використовують енергію АТФ: кінезин забезпечує транспорт від перикаріону до периферії відростка, а динеїн – у зворотному напрямку, до перикаріону. При цьому відповідний білок зв'язаний одним кінцем із пухирцем (або гранулою), а другим – з нейротрубочкою й робить крокові переміщення, рухаючись уздовж останньої, як по монорейці.

Унаслідок ретроградного аксонного транспортування до перикаріону надходять і накопичуються в лізосомах деякі невикористані синаптичні пухирці, окремі речовини, наприклад фактор росту нервів, а також різноманітні віруси, що проникають у нервові закінчення шляхом ендоцитозу.

Початковий сегмент аксону – аксонний горбик є ділянкою перикаріону з комплексом Гольджі, саме тут виникає потенціал дії, що поширюється далі по аксону.

Термін дендрити був запропонований В. Гісом у 1893 р. для численних коротких (виняток становлять дендрити чутливих нейронів спинномозкових гангліїв, які можуть досягати 1 м й утворюють чутливі нерви) галузистих відростків. Сам термін дендрити походить від грецького слова "дендрон" – дерево, що вказує на їхню деревоподібну форму. Площа поверхні дендритів збільшена за рахунок дендритних шипиків. У філогенетично молодих відділах нервової системи шипики дуже численні (велика пірамідна клітина має близько 4000 шипиків). Початкові сегменти дендритів зазвичай не мають шипиків, їхня кількість збільшується у дистальному напрямку по дендриту. Дендритні шипики – це маленькі вирости довжиною від 1-1,5 мкм (гіпокамп мозку людини) до 3-5 мкм (моторна кора мозку людини). Більшість шипиків мають головку та шийку. Діаметр головки досягає 1-2 мкм, шийки 0,1-1,0 мкм. За будовою у складі шипиків виявляють особливу структуру – шипиків апарат: 3-4 сплющені цистерни з прошарками електроннощільної речовини. Дендритні шипики мають різну форму і містять значну кількість актину. Відмічено, що при різних захворюваннях людини відбуваються зміни у будові шипиків (деякі види епілепсії, хронічний алколізм, старече недоумство). Шипики також змінюються під впливом зовнішніх факторів. У них знаходяться цистерни гладенької ендоплазматичної сітки, які є депо Са²⁺. Проксимальні ділянки дендрита є продовженням перикаріона, тому вони вміщують рибосоми, елементи ендоплазматичної сітки та цитоскелета. Дендрити, на відміну від аксонів, проводять нервовий імпульс до перикаріону, їхня плазмолема дендритів має постсинаптичні рецептори. Для дендритів характерний рух сполук в обох напрямках – від перикаріону та до нього зі швидкістю 3 мм/год (дендритний транспорт).

Перикаріон (тіло нервової клітини) вміщує ядро, гранулярну ендоплазматичну сітку, мітохондрії, лізосоми, різні елементи цитоскелета, його діаметр варіює від 4 до 400 мкм і більше (рис. 6.1). Форма перикаріонів різноманітна (веретеноподібна, пірамідоподібна, зірчаста, грушоподібна, округла). Ядро нейрона здебільшого велике, округлої форми з чітким крупним ядерцем або декількома ядерцями. Ядро оточено подвійною мембраною, зовнішня мембрана може випинатися у бік цито

плазми контактуючи з гранулярною ендоплазматичною сіткою. Ядерна оболонка має багато пор, що свідчить про інтенсивні обмінні процеси між ядром та цитоплазмою. Водночас існують нейроцити з «атиповими ядрами»: клітини Пуркін’є кори мозочка мають ядра, на поверхні яких є складочки повернені до дендритів. Нервові клітини, як правило, диплоїдні, проте зустрічаються поліплоїдні (нейрони гіпокампа, клітини Пуркін’є та у складі вегетативних гангліїв). При забарвленні метиленовим синім у перикаріонах і дендритах нейроцитів виявляється специфічна структура – тигроїд (синонім – базофільна субстанція чи речовина Ніссля) (рис. 6.2, кольорова вставка). Уперше ці базофільні брилки були описані Ф. Нісслем. Виникнення цього терміна "тигроїд" дещо дивне: при забарвленні за Нісслем перикаріон справді нагадує хутро хижої кішки, але скоріше леопарда (плями), ніж тигра (смуги). Електронно-мікроскопічним еквівалентом тигроїда є добре розвинена гранулярна ендоплазматична сітка, що свідчить про інтенсивний білковий синтез. Установлено, що цистерни гранулярної ендоплазматичної сітки знаходячись на відстані 200-500 нм анастомозують між собою. У вузьких проміжках цитоплазми між цистернами лежать численні рибосоми та полімосоми. Отже, у нейронах відбувається інтенсивний синтез білків – мембранних, лізосомних і (або) експортних. Базофілія зумовлена великою кількістю РНК у складі рибосом. При порушенні цілісності нейрона спостерігається тигроліз – розпад тигроїдної речовини. Водночас в перикаріоні та відростках виявляється також агранулярна ендоплазматична сітка, але вона слабко розвинена у нейронах. Вільні рибосоми знаходяться між цистернами, утворюючи полісоми. Комплекс Гольджі добре розвинений, особливо в великих нейронах, де він розташований між ядром і місцем відгалуження аксона (аксонний горбик); його функція полягає в забезпеченні транспорту білків до аксону. У нейроплазмі знайдено пероксисоми, лізосоми, мультивезикулярні тільця, а також багато мітохондрій округлої, видовженої та розгалуженої форми, у матриксі яких майже відсутні щільні гранули (іони кальцію). Установлено, що мітохондрії весь час рухаються, змінюється їхня форма, місцезнаходження та кількість. Розрізняють дві популяції мітохондрій (у перикаріоні та відростках). Значні енергетичні потреби нейронів забезпечуються переважно аеробним метаболізмом, пов'язаним із мітохондріями. У зв'язку з цим останні, як і нейрони в цілому, дуже чутливі до гіпоксії та гіпоглікемії.

При імпрегнації солями срібла в нервових клітинах виявляються специфічні компоненти – нейрофібрили, які є типовим артефактом. Морфологічним еквівалентом цих ниткоподібних структур є мікротрубочки, мікро- та нейрофіламенти (проміжні філаменти). Вважають, що в пучки (нейрофібрили) ці нейротрубочки й нейрофіламенти об'єднуються лише в процесі виготовлення гістологічного препарату. У живому нейроні вони формують складну опорно-скоротливу тривимірну сітку – найважливішу структуру цитоскелета, що забезпечує функціонування нейронів і, у першу чергу, транспортування речовин по тілу клітини та її відросткам. Мікротрубочки (діаметр 24 нм) забезпечують внутрішньоклітинний транспорт і переміщення органел та різних речовин (білки, нейромедіатори) по відростках, у тому числі аксонний транспорт. В аксоні мікротрубочки мають певну орієнтацію: "+"-кінцем направлені до терміналі, тоді як "–"-кінець – до перикаріону. До "+"-кінця рухаються мітохондрії та синаптичні везикули, а до "–"-кінця – рибосоми, мультивезикулярні тільця, елементи комплексу Гольджі.

Нейрофіламенти (діаметр 8–10 нм) займають у перикаріоні весь вільній від органел простір, до їхнього складу входять особливі білки системи проміжних філаментів (білок нейрофіламентів – для нейронів та гліальний фібрилярний кислий білок – для нейроглії). Вони не мають певної орієнтації, але частіше утворюють пухкі пучки, які дещо щільніші в ділянці аксонного горбика та початкових сегментах аксона. У складі цих пучків є мікротрубочки, кількість яких становить від 2 до 10 штук. Ці структури підтримують форму відростків, упорядковують розташування компонентів цитоплазми, беруть участь у русі нейроплазми в дендритах і аксоні.

Мікрофіламенти (діаметр 6 нм) за будовою та функцією не відрізняються від таких у звичайних соматичних клітинах.

У нервових клітинах виявлені включення та пігменти. Глікоген є переважно в клітинах нейроглії, мінімальна його кількість – у нейроцитах. З віком у нейронах головного мозку накопичується пігмент старіння ліпофусцин. У старості в деяких нейронах він може становити 25–50 % від об'єму цитоплазми. У середньому мозку є нейрони, які утворюють чорну субстанцію (substantia nigra). Назву цієї структури зумовлює темно-коричневий пігмент меланін, що міститься в перикаріонах відповідних нейронів.