Физиология нейроглии

Помимо нейронов к нервной ткани относятся и клетки нейроглии – глиоциты. Они были открыты в XIX в. немецким цитологом Р.Вирховым, который рассматривал их, как клетки, соединяющие нейроны (греч. glia – клей), т.к. они заполняют внутренние пространства между нейронами. В дальнейшем было выявлено, что глиальные клетки – очень обширная группа элементов нервной ткани, отличающихся своими строением, происхождением и выполняемыми функциями. Согласно полученным в результате многочисленных исследований фактам стало понятно, что нейроглию нельзя рассматривать только как трофическую или опорную ткань мозга. Глиальные клетки принимают участие и в специфических нервных процессах, активно влияя на функционирование нейронов.

Клетки нейроглии имеют ряд общих черт строения с нейронами. Так, в цитоплазме глиоцитов найден тигроид (вещество Ниссля), глиальные клетки, как и нейроны, имеют отростки. Но глиальные клетки обладают и рядом принципиальных отличий от нервных.

Глиоциты значительно меньше по размеру, чем нейроны (в 3-4 раза), и их в 5-10 раз больше, чем нервных клеток. Отростки глиальных клеток не дифференцированы ни по строению, ни по функциям. Глиальные клетки сохраняют способность к делению в течение всей жизни организма. Благодаря этой особенности именно они являются основой образования опухолей – глиом в нервной системе. Увеличение массы мозга после рождения также идет в первую очередь за счет деления и развития клеток нейроглии.

Как и нейроны, глиальные клетки обладают мембранным потенциалом, но в отличие от нейронов глиоциты не способны к импульсной активности, т.е. их мембранный потенциал относительно стабилен. Правда, он может медленно изменяться при снижении или повышении нейронной активности. Такие колебания мембранного потенциала клеток нейроглии связаны с изменениями химического состава межклеточной среды.

Выделяют несколько типов глиальных клеток. Основные из них – это астроциты, олигодендроциты, эпендимоциты и микроглия (рис. 17). Первые три разновидности клеток развиваются в эмбриогенезе из нейроэктодермы, микроглия – из мезенхимы. К глиоцитам относят также клетки, находящиеся в периферической нервной системе – шванновские клетки (леммоциты) и клетки-сателлиты в нервных ганглиях.

Эпендимная глия. Эпендимоциты образуют эпендиму, которая выстилает полости нервной системы (спинномозговой канал, желудочки головного мозга, мозговой водопровод). Как правило, эпендимоциты имеют кубическую или цилиндрическую форму и расположены в один слой. На ранних стадиях развития у них есть реснички, обращенные в мозговые полости. Они способствуют проталкиванию цереброспинальной жидкости (ликвора). Позже реснички исчезают, сохраняясь лишь в некоторых участках, например в водопроводе.

Клетки эпендимы активно регулируют обмен веществ между ликвором и мозгом, а также между ликвором и кровью. Например, эпендимоциты, находящиеся в области сосудистых сплетений, покрывают выпячивания мягкой мозговой оболочки. Эти клетки принимают участие в фильтрации веществ из кровеносных капилляров в ликвор. Некоторые эпендимные клетки на базальной стороне имеют длинные цитоплазматические отростки, глубоко вдающиеся в ткань мозга. У эпендимоцитов в III желудочке (полости промежуточного мозга) такие отростки, заканчиваются пластинчатым расширением на кровеносных капиллярах гипофиза. В этом случае эпендимоциты участвуют в транспорте веществ из ликвора в кровеносную сеть гипофиза.

Астроцитарная глия. Астроциты расположены во всех отделах нервной системы. Это самые крупные и самые многочисленные из всех глиальных клеток. Имеется две разновидности астроцитов – волокнистые (фиброзные) и протоплазматические.

Волокнистые астроциты имеют длинные прямые неветвящиеся отростки. Эти клетки расположены главным образом в белом веществе между волокнами. У протоплазматических астроцитов много коротких сильно ветвящихся отростков, и они в основном лежат в сером веществе.

Функции астроцитов весьма разнообразны.

Фактически астроциты являются в нервной системе соединительной тканью, заполняя пространство между телами нейронов и их волокнами и выполняя таким образом опорную и изолирующую функции. Во время эмбрионального развития именно вдоль отростков астроцитов осуществляется движение нейронов. Астроциты также образуют рубец при разрушении нервной ткани.

Астроциты активно участвуют в метаболизме нервной системы. Они регулируют водно-солевой обмен, особенно водный, являясь своеобразной губкой, поглощающей избыточную воду и также быстро ее отдающей. При оттоке воды из нервной системы объем астроцитов резко уменьшается. Явления отека мозга часто связаны с изменением структуры этих клеток. Астроциты могут также регулировать концентрацию ионов в межклеточной жидкости. Например, при быстром выделении туда ионов К⁺ при генерации потенциала действия, часть калия поглощается астроцитарной глией. Участвуют астроциты и в метаболизме нейромедиаторов, которые они могут захватывать из синаптической щели. Таким образом этот вид нейроглии участвует в поддержании постоянства межклеточной среды мозга.

Еще одна функция астроцитов – барьерная. Они принимают участие в работе гемато-энцефалического барьера (ГЭБ) – барьера между кровью (греч. haimatos кровь) и мозгом. ГЭБ – сложная анатомическая, физиологическая и биохимическая система, от которой зависит, какие вещества и с какой скоростью проникают в нервную систему из крови. Существование в нервной системе специальной системы защиты связано с тем, что нейроны гораздо чувствительнее к воздействию на них ряда соединений, а если нейрон погибает, то его уже не может заменить новая клетка. ГЭБ возникает в первую очередь благодаря особенностям стенок капилляров, проницаемость которых в нервной системе гораздо меньше, чем в других частях организма. Кроме того между капиллярами и нейронами находится слой астроцитов, которые образуют специальные отростки – ножки, обхватывающие наподобие манжеты кровеносный капилляр. Таким образом астроциты могут задерживать часть вредных веществ, пытающихся проникнуть из крови в мозг.

Благодаря ГЭБ проницаемость химических веществ из крови в нервную ткань очень ограничена. ГЭБ не пропускает к нейронам целый ряд веществ. В первую очередь это различные токсины (яды, вырабатываемые микроорганизмами, растениями и животными) и отходы обмена веществ. Но ГЭБ не пропускает и некоторые вещества, поступающие с пищей, если они могут оказывать вредное влияние на нервную систему. ГЭБ может не пропустить к нейронам также лекарства, поэтому фармакологи при разработке новых препаратов обращают специальное внимание на создание молекул, которые могли бы проходить через ГЭБ. Нарушения в работе ГЭБ может привести к различным заболеваниям. Например, при повышении температуры нарушаются контакты между глиальными ножками и кровеносным сосудом, что создает большую вероятность проникновения инфекционных агентов при заболеваниях с высокой температурой.

Олигодендроглия. Олигодендроциты гораздо мельче, чем астроциты. Их отростки немногочисленны. Эти клетки находят и в сером, и в белом веществе, являясь спутниками нейронов и нервных волокон.

Как и астроциты олигодендроциты выполняют трофическую функцию, т.к. ряд веществ поступает к нейронам через них. Предполагается, что олигодендроциты участвуют в регенерации нервных волокон. Но у олигодендроглии есть и специфическая функция: при помощи этих клеток образуются оболочки вокруг нервных волокон. В безмиелиновых волокнах цепочки олигодендроцитов расположены вдоль всего волокна. Отдельные клетки обхватывают небольшие участки волокна, изолируя его таким образом от других волокон. Это способствует тому, что нервный импульс проводится по каждому волокну изолированно и не влияет на процессы, происходящие в соседних волокнах.

При образовании миелиновой оболочки вокруг волокон, расположенных в ЦНС олигодендроцит также исходно обхватывает участок нервного волокна (рис. 18). После этого образуется вырост в виде язычка, который закручивается вокруг волокна, образуя слои миелина (цитоплазма при этом выдавливается из «язычка»). Таким образом, слои миелина представляют собой цитоплазматическую мембрану и по своему химическому составу являются липопротеидами, т.е. соединением липидов (жироподобных веществ) и белков.

В периферической нервной системе аналогами олигодендроцитов являются шванновские клетки, которые также образуют оболочки (как миелиновые, так и безмиелиновые) вокруг волокон.

Микроглия.

Микроглиоциты – самые мелкие из глиальных клеток. Основная их функция – защитная. Они являются фагоцитами нервной системы, за что их называют глиальными макрофагами. Количество этих клеток очень варьирует в зависимости от функционального состояния. При различных экзо- и эндогенных вредных влияниях (травма, воспаление и т.п.) они резко увеличиваются в размерах, начинают делиться и устремляются в очаг поражения, где устраняют чужеродные вредные клетки и разного рода тканевые остатки путем фагоцитоза.

Клетки микроглии играют важную роль в развитии поражений нервной системы при СПИДе. Вместе с клетками крови они разносят вирус иммунодефицита по ЦНС.

Список литературы

Основная

Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса. М., Мир, 1996. Т. 1, 2.

Ф.Хухо. Нейрохимия. М. Мир, 1990.

В.В.Шульговский. Физиология центральной нервной системы. Изд. МГУ, 1997.

М.Д.Машковский. Лекарственные средства. М., Медицина, 1998.

Дополнительная

А.Д.Ноздрачев и др. Общий курс физиологии человека и животных. М.: Высшая школа, 1991. В двух томах.

Нейрохимия. Под ред. И.П.Ашмарина и П.В.Стукалова. М., 1996.

Д.А.Соломзес, В.Чебурсон, Г.Соколовский. Наркотики и общество. М., ООО «Иллойн», 1998.

В.В.Шульговский. Основы нейрофизиологии. М., Аспект-пресс, 2000.