Нейрон. Его строение и функции
Работа нервной системы позволяет организму адаптироваться к изменениям окружающей среды, правильно их воспринимать и эффективно реагировать.
Это сложный механизм, но понять его можно, разобрав строение нейрона — основной структурной единицы нервной ткани.
Строение и функции нервных клеток
Главные элементы строения — это клеточное тело (сома) нейрона, дендриты и аксон. В соме находятся необходимые для жизнедеятельности органеллы (ядро, митохондрии, элементы цитоскелета, аппарат Гольджи). Дендриты — это короткие, разветвленные отростки, которые несут информацию к телу нейрона. Они позволяют клеткам контактировать между собой посредством синаптической передачи. Длинный отросток называется аксон, он может быть только один. Важной функцией аксонов является передача сигнала от сомы на периферию к различным эффекторам или наоборот от периферии к нейронам коры головного мозга. Этот импульс может проходить расстояние до 1 метра, а скорость его проведения достигает 120 м/с1.
Таким образом, основные функции нейронов в организме — это восприятие импульсов от рецепторов, преобразование, распространение, анализ, хранение этой информации, а также регуляция работы эффекторных клеток.
Классификация нервных клеток
Существуют разные классификации нейронов, например, по строению, форме, функциям.
По форме тела они могут быть грушевидными, пирамидными, веретенообразными, звездчатыми и т.д.
Рис.1 Пирамидные нервные клетки, окрашенные серебром
По количеству отростков выделяют следующие виды нейронов:
- униполярные — они имеют только аксон. По данным многих морфологов, в организме человека зрелых униполярных нейронов не обнаружено. Они присутствуют исключительно в виде бластных клеток;
- псевдоуниполярные — эти клетки имеют единый Т-образно разветвленный аксон. Одна его ветвь образует рецепторное звено, а другая передает информацию в спинной мозг. Сами псевдоуниполярные нейроны находятся в чувствительных спинномозговых ганглиях4;
- биполярные — они имеют два отростка. Их дендрит связан с рецептором, а аксон передает импульс дальше к нейронам головного мозга. Это также афферентные нейроны, которые воспринимают зрительную, слуховую, вестибулярную информацию. Тела этих клеток находятся в ганглиях. Например, в спиральном ганглии располагаются кохлеарные биполярные нейроны, иннервирующие волосковые клетки внутреннего уха (вестибулярные рецепторы)3;
- мультиполярные — они имеют несколько дендритов и один аксон. Мультиполярные нейроны наиболее распространены и выполняют как афферентную, так и эфферентную функцию, передавая импульсы к различным эффекторам.
Рис.2 Биполярный нейрон
В зависимости от особенностей строения нервных клеток, их функции также отличаются.
По функциональным различиям можно выделить следующие типы нейронов:
- афферентные — они связанны непосредственно с рецепторами в коже, сухожилиях, сетчатке и т.д. От них импульсы поступают в разные отделы коры головного мозга, где происходит их анализ и формируется ответная реакция. Исключение составляют спинальные рефлексы. Они осуществляются на уровне спинного мозга, в кору импульс не передается;
- эфферентные — их аксоны заканчиваются на мышечных или секреторных клетках, а тела находятся в коре и ядрах головного мозга, в передних рогах спинного мозга. Они передают информацию от центра на периферию. И в зависимости от сигналов, полученных от афферентного звена, могут стимулировать или подавлять сокращения мышц или секреторную функцию;
- вставочные — это основная масса промежуточных клеток восходящей (афферентной) и нисходящей (эфферентной) цепочек. Их тела расположены в ядрах головного мозга, в сером веществе спинного мозга, а аксоны нейронов образуют основные проводящие тракты нервной системы7.
Механизм передачи нервного импульса
Скорость передачи информации между нервными клетками связана с развитием синаптических контактов и миелинизацией аксонов. Чем выраженнее эти процессы, тем более зрелой становится нервная система. Например, миелинизация зон головного мозга, отвечающих за высшие психические функции (речь, мышление), начинается только в первый год жизни2
Нейроны связаны друг с другом с помощью синапсов. Это места соединения дендритов, аксонов, аксона с мышцей (нейромышечный синапс). Сам механизм передачи информации между ними сложный и многоступенчатый.
Дендриты нейронов чувствительных ганглиев получают возбуждение от различных рецепторов (зрительных, болевых, тактильных, слуховых). Оно должно быть достаточно сильным (пороговым) для восприятия и преобразования в электрический импульс.
Этот импульс также называют потенциалом действия. Он открывает ионные каналы. Положительно заряженные ионы (K+, Na+) начинают двигаться внутрь нейрона, меняя его заряд с отрицательного на положительный.
Дальше этот заряд передается по аксону. При этом, чем отросток более миелинизирован,тем выше скорость передачи. Максимально она достигает 120 м/с, а у тонких волокон без миелина всего 2 м/с.
Это происходит потому, что импульс передается скачкообразно, и заряд меняется только в небольших участках между миелином — перехватах Ранвье.
Терминальный отдел аксона образует синаптический контакт, чтобы передать информацию соседней клетке. Два синаптических контакта соединяются неплотно, между ними находится межсинаптическая щель. Чтобы сигнал прошел дальше, включается биохимический механизм.
Большинство нейронов способны синтезировать в соме особые вещества — медиаторы. Они выбрасываются в межсинаптическую щель и связываются с рецепторами постсинаптической мембраны акцептора. Таким образом работает химический синапс.
Намного реже встречаются электрические синапсы, где заряд переносится без участия медиаторов через скопления белковых молекул — коннексонов. Межклеточные контакты, содержащие коннексоны, называются щелевыми соединениями5.
Рис.3 Строение нервной клетки и синапса
Нейромедиаторы и их роль
Выше уже упоминалось, что синтез медиаторов происходит в соме, а их накопление — в синаптических везикулах. Когда возникает потенциал действия, медиатор высвобождается в межсинаптическую щель и изменяет ионную проницаемость другой клетки. После окончания действия, вещество разрушается специфическими ферментами.
Все медиаторы можно разделить по химическому составу и эффекту их действия на клетку (возбуждение или торможение).
По химической структуре выделяют следующие группы:
- сложные эфиры — ацетилхолин;
- биогенные амины — катехоламины, серотонин, гистамин;
- аминокислоты — ГАМК, глутамат, глицин.
К возбуждающим медиаторам относят: ацетилхолин, амины, глутамат, серотонин.
А тормозящими являются глицин и ГАМК. Они также действуют через ионные каналы, но увеличивают проницаемость для отрицательных ионов (Cl-). При этом нервная клетка сохраняет и даже несколько усиливает свой отрицательный заряд.
Этапы развития нервных клеток
Все нервные клетки развиваются из эктодермы. По мере созревания они дифференцируются в нейробласты и спонгиобласты (зачатки клеток глии).
Изначально клетки очень активно размножаются, и формируется их избыточность. Большинство из них в дальнейшем погибнет. Таким образом происходит селекция наиболее жизнеспособных клеток.
Нейробласты мигрируют в места своей постоянной локализации. Там начинается их морфологическое развитие: тело приобретает определенную форму, появляются зачатки аксона и дендритов.
Завершают созревание формирование синаптических контактов и миелинизация аксонов. Эти два процесса очень долгие и частично проходят уже в постнатальном периоде.
На этом развитие нервной системы не заканчивается. Новые межнейронные связи возникают у человека всю жизнь в процессе обучения2.
Таким образом, в ходе эволюции организм приобрел уникальный инструмент — сеть нейронов, объединенную двумя макроструктурами: головным и спинным мозгом. Эта сеть способна создать скорость реагирования на внешнее воздействие, сопоставимую со скоростью простейших организмов, что важно для выживания6. И она же обеспечивает сложные психические функции, например, память, мышление, эмоции. Науке предстоит сделать еще множество открытий, исследуя нервную систему.
