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. Существенная часть каждого нейрона — цитоскелет. Перикарион (тело) и отходящие от него отростки (аксон и ветвящиеся дендриты) — стандартные части нейронов (рис. 8-3).
А.              Перикарион содержит ядро, комплекс Гольджи, гранулярную эндоплазматическую сеть, митохондрии, лизосомы, элементы цитоскелета.
  1. Ядро нейрона имеет мелкодисперсный хроматин и ядрышко. В силу относительно большого диаметра ядро в CM выглядит (особенно в крупных нейронах) как оптически пустое. Ядрышко крупное и резко базофильное.
  2. 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 перикари- она, в аксон.
  1. Аксонный холмик — занятая комплексом Гольджи область перикариона, место генерации потенциалов действия.
  2. Гранулярная эндоплазматическая сеть. В перикарионе и дендритах развита гранулярная эндоплазматическая сеть (глыбки рибосом впервые обнаружил Франц Нисслъ при окраске метиленовым синим, поэтому её в нейронах иногда называют веществом Нйссля [тигроид[††]]).

Тигролиз — распыление тигроидного вещества, отражающее глубокие дистрофические изменения при нарушении целостности нейрона (например, при сдавлении или перерезке аксона).
  1. Митохондрии многочисленны. Значительные энергетические потребности нервных клеток обеспечивает преимущественно аэробный метаболизм, поэтому нейроны крайне чувствительны к гипоксии.
  2. Цитоскелет (см. III Д).
  3. Пигменты. В нейронах (особенно с возрастом) накапливается липофусцин. Нейроны некоторых ядер мозга в норме содержат иные пигменты, поэтому эти образования и получили своё название (substantia nigra, locus coeruleus).

Б. Отростки, отходящие от перикариона, — аксон и дендриты (рис. 8-3 и 8-4). Отростки
нейрона участвуют в образовании синапсов.
  1. Аксон (нейрит) — длинный отросток, как правило, не ветвящийся по его протяжению, но образующий концевые разветвления, содержащие синаптические пузырьки; проводит пачки импульсов (спайки) от перикариона.

а.              Экспрессия нейромодулина (GAP-43) — специфичного для аксона фосфобелка — признак начала дифференцировки нейронов. Сначала образуются короткие отростки, которые потенциально могут стать либо аксоном, либо дендритами. Отросток, накапливающий белок GAP-43, в дальнейшем становится аксоном.
б.              Объём аксона может достигать 99% суммарного объёма нейрона.
в.              Длина аксона может быть весьма значительной — десятки сантиметров.
  1. 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.

В.              Классификация. 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.
  1. Клеточный тип. Эта классификация могла бы быть главенствующей, но находится в стадии разработки.
  2. Количество отростков

а.              Аполяры — отростков нет (условно к ним можно отнести ранние нейробласты).
б.              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. В нейроонтогенезе от перикариона отходят два отростка, они сближаются и образуют общий ствол отхождения от перикариона. Периферический отросток иногда называют аксоном, центральный — дендритом, что неверно.
в.              Биполяры имеют аксон и ветвящийся дендрит (например, обонятельные рецепторные нервные клетки).
г.              Мультиполяры. Число отростков более двух (один аксон, остальные — дендриты). Классический пример — мотонейроны передних рогов спинного мозга.
  1. 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).

а.              Холинергические. Нейромедиатор — ацетилхолин (например, двигательные нейроны передних рогов спинного мозга, иннервирующие скелетные мышечные волокна; парасимпатические нейроны блуждающего нерва, иннервирующие сердце, ГМК и железы желудка).
б.              Адренергические. Нейромедиатор — норадреналин (например, постганглионарные нейроны симпатического отдела вегетативной нервной системы, иннервирующие сердце, ГМК сосудов и внутренних органов).
в.              Дофаминергические (например, некоторые нервные клетки базальных ядер мозга). Недостаточная секреция дофамина приводит к развитию паркинсонизма.
  1. Форма перикариона (например, пирамидные и звёэЬштые нейроны коры большого мозга).
  2. Длина аксона (например, короткоаксонные и длинноаксонные нервные клетки коры больших полушарий). В зависимости от длины аксона различают клетки Гольджи I и II типа. Клетки Гольджи I типа имеют длинные аксоны (например, аксоны пирамидных нейронов коры больших полушарий достигают длины 50-70 см). Клетки Гольджи II типа имеют короткие аксоны. В сером веществе спинного мозга короткие безмиелино- вые аксоны клеток Гольджи II типа могут не выходить за пределы сегмента, проходить в спайках или соединять соседние сегменты. Другим примером клеток Гольджи II типа могут служить вставочные нейроны зернистого слоя коры мозжечка (глава 8.3 IIА 3 б). Вставочные нейроны сетчатки (амакринные клетки [глава 8.4 IА 2 е (3) (б)]) вообще не имеют аксонов.
  1. Позиция в нейронной цепочке (в т.ч. в дуге рефлекса) 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.
  2. Направление возбуждения к центру — афферентные нервные клетки (в т.ч. чувствительные нейроны разных модальностей, восходящих путей), к периферии — эфферентные нейроны двигательных путей и трактов (например, пирамидной и экстра- пирамидной систем).
  3. Модальность — характер воспринимаемого и передаваемого сигнала (например, меха- норецепторные, зрительные, обонятельные нейроны и т.д.).
  4. Отдел нервной системы. Целесообразно выделять нервные клетки вегетативного отдела нервной системы. Нейроны соматического отдела — чувствительные и двигательные, не относящиеся к вегетативным.
  5. Бддиана т.н. универсальная классификация частей нейрона предложена для сопоставления частей нейрона (перикарион, дендриты, аксон), направления возбуждения и характера электрогенеза в частях нервной клетки (рис. 8-4).

Г. Синапсы (см. также главу 8.2 IIl Б I, рис. 8-20) — специализированные межклеточные
контакты, передающие сигналы от одного нейрона к другому при помощи нейромедиаторов.
Химическая природа нейромедиатора, морфология синапсов и участвующие в формировании

Рис. 8-4. Универсальная классификация частей различных типов нейронов. Дендритная зона — возбуждающий или тормозящий вход. Аксон — проводящая возбуждение (спайки) часть нейрона, его концевые разветвления (выход) участвуют в образовании синапсов с химической или электрической передачей; А-Г — афферентные (чувствительные) нейроны; Д — мотонейрон; E — вставочные (ассоциативные) нейроны [из Bodian D, 1966]


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.
  1. Классификация

а.              Аксодендритические — синапсы между аксоном одного нейрона и дендритами другого нейрона.
б.              Аксо-аксональные — синапсы между аксонами разных нейронов.
в.              Аксосоматические — синапсы между терминалями аксона одного нейрона и телом другого нейрона.
г.              Дендродендритические — синапсы между дендритами нейронов.
  1. Пресинаптическая часть — специализированная часть терминали отростка нейрона, где расположены синаптические пузырьки и митохондрии. Пресинаптическая мембрана (плазмолемма) содержит потенциалзависимые Са2+-каналы (глава 2 I В I б (2) (в)). При деполяризации мембраны каналы открываются и ионы Ca2+ входят в терминаль, запуская в активных зонах экзоцитоз нейромедиатора.

а.              Роль Ca[‡‡]*. Слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной происходит при увеличении концентрации Ca2+ в цитозоле нервной терминали.
Синаптотагмин — белок синаптического пузырька, связывающийся с Ca2+ и регулирующий экзоцитоз. Синаптотагмин участвует также в реорганизации при- мембранного цитоскелета, что важно для секреции медиатора.
б.              Узнавание (рис. 8-5). Предшествующий слиянию синаптических пузырьков и плазмолеммы процесс узнавания синаптическим пузырьком пресинаптической мембраны происходит при взаимодействии мембранных белков (синаптобревин, SNAP-25 и синтаксин).
в.              Активные зоны. В пресинаптической мембране выявлены т.н. 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.
г.              Влияние токсинов. Синтаксин, SNAP-25 и синаптобревин — мишени ботулиничес- кого токсина, необратимо подавляющего слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной. Мишень столбнячного токсина — синаптобревин.
  1. Постсинаптическая часть. Постсинаптическая мембрана содержит рецепторы нейромедиатора, ионные каналы.
  2. 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]),

а.              Механизм. Синаптическая передача возможна при реализации ряда последовательных процессов: синтеза нейромедиатора, его накопления и хранения в синаптических пузырьках вблизи пресинаптической мембраны, высвобождения нейромедиатора из нервной терминали, кратковременного взаимодействия нейромедиатора с рецептором, встроенным в постсинаптическую мембрану, разрушения нейромедиатора или захвата его нервной терминалью.

Рис. 8-5. Белки, участвующие в слиянии синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной. Синаптобревин, встроенный в мембрану синаптического пузырька, взаимодействует с белками пресинаптической мембраны (SNAP-25 и синтаксин) [из Hata Yet al, 1993]



(б) Тормозные синапсы. При гиперполяризации возбудимость мембраны уменьшается, и потенциалы действия не генерируются.
  1. Удаление нейромедиатора из синаптической щели происходит двояко: инактивацией ферментом, захватом терминалью.

(а)              Инактивация нейромедиатора. Кратковременность взаимодействия нейромедиатора с рецептором достигается разрушением нейромедиатора специальными ферментами (например, ацетилхолина — ацетилхолинэстеразой).
(б)              Захват нейромедиатора. В большинстве синапсов передача сигналов прекращается вследствие быстрого захвата нейромедиатора пресинаптической терминалью.
Транспортёры. Захват норадреналина осуществляют специфические Na+- и СГ-тран-
спортирующие белки (например, норадреналин-транспортирующий белок I) — мишени трициклических антидепрессантов (например, дезипрамин и имипра- мин). Система захвата биогенных аминов — точка приложения антидепрессантов и таких препаратов, как кокаин и амфетамины. Дефекты транспортёров норадреналина и серотонина — кандидаты на роль первопричины при психических расстройствах, таких, как маниакально-депрессивные состояния.
б.              Нейромедиаторы
  1. Химия. Большинство нейромедиаторов — аминокислоты и их производные. Одни нейроны модифицируют аминокислоты с образованием аминов (норадреналин, серотонин, ацетилхолин), другие — нейромедиаторов пептидной природы (эндор- фины, энкефалины). Лишь небольшое количество нейромедиаторов образовано не аминокислотами. Нейроны могут синтезировать более одного нейромедиатора.
  2. Наиболее распространённые нейромедиаторы (табл. 8-1)

(а)              Ацетилхолин секретируется из терминалей соматических мотонейронов (нервно-мышечные синапсы), преганглионарных волокон, постганглионарных хо- линергических (парасимпатических) волокон вегетативной нервной системы и разветвлений аксонов многих нейронов ЦНС (базальные ганглии, двигательная кора). Синтезируется из холина и ацетил-КоА при помощи холинацетилтран- сферазы, взаимодействуете холинорецепторами нескольких типов. Кратковременное взаимодействие лиганда с рецептором прекращает ацетилхолинэстера- за, гидролизующая ацетилхолин на холин и ацетат.
  1. Болезнь Альцхаймера. При этом заболевании происходит гибель нейронов (в т.ч. холинергических) в коре мозга и гиппокампе.

(H) Отравления
  1. Ботулизм. Токсин Clostridium botulinum угнетает секрецию ацетилхолина.




Таблица 8-1. Нейромедиаторы



Нейропептиды



Аминокислоты
у-аминомасляная кислота
глицин
глутамат
N-метил-О-аспартат (NMDA)
Моноамины
адреналин
дофамин
норадреналин
серотонин
  1. Фосфорорганические соединения ингибируют ацетилхолинэстеразу, что приводит к увеличению количества ацетилхолина в синаптической щели. При отравлении пралидоксим способствует отделению соединения от фермента, атропин защищает холинорецепторы от взаимодействия с избыточным количеством нейромедиатора.
  2. Бледная поганка. Токсины Amanita phalloides не только ингибируют активность ацетилхолинэстеразы, но и блокируют холинорецепторы,

(б)              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 моноаминок- сидаза. Дофамин метаболизирует с образованием ряда веществ, в т.ч. гомованилиновой кислоты.
  1. Шизофрения. При этом заболевании наблюдается повышенная реактивность дофаминергической системы, что связывают с увеличением количества D2-pe- цепторов дофамина. Антипсихотические средства снижают активность дофаминергической системы до нормального уровня.
  2. Хорея наследственная — нарушение функции нейронов коры и полосатого тела, сопровождается повышенной реактивностью дофаминергической системы.

(iii) Болезнь Паркинсона — патологическое уменьшение количества нейронов в чёрном веществе и других областях мозга с уменьшением уровня дофамина и метионин-энкефалина, преобладанием эффектов холинергической системы. Применение i-ДОФА увеличивает уровень дофамина, амантадин стимулирует секрецию дофамина, бромокриптин активирует рецепторы дофамина. Антихоли- нергические препараты уменьшают активность холинергической системы мозга.
(в)              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-р-гидроксилазы. Норадреналин хранится в синаптических пузырьках, после высвобождения взаимодействует с адре- норецепторами, реакция прекращается в результате захвата норадреналина пресинаптической частью. Уровень норадреналина определяется активностью тирозин гидроксилазы и моноаминоксидазы. Моноаминоксидаза и катехол-O- метилтрансфераза переводят норадреналин в неактивные метаболиты (норме- танефрин, З-метокси-4-гидрокси-фенилэтиленгликоль, З-метокси-4-гидроксимин- дальная кислота).
Норадреналин — мощный вазоконстриктор, эффект происходит при взаимодействии нейромедиатора с ГМК стенки кровеносных сосудов.
(г)              Серотонин (5-гидрокситриптамин) — нейромедиатор многих центральных нейронов (например, ядра шва). Предшественником служит триптофан, гид- роксилируемый триптофангидроксилазой до 5-гидрокситриптофана с последующим декарбоксилированием декарбоксилазой 1-аминокислот. Расщепляется моноаминоксидазой с образованием 5-гидроксииндолуксусной кислоты.
  1. Депрессия характеризуется снижением количества двух нейромедиаторов (норадреналина и серотонина) и увеличением экспрессии их рецепторов. Антидепрессанты уменьшают число этих рецепторов.
  2. Маниакальный синдром. При этом состоянии увеличивается уровень норадреналина на фоне снижения количества серотонина и адренорецепторов. Литий снижает секрецию норадреналина, образование вторых посредников и увеличивает экспрессию адренорецепторов.

  1. Аутизм. Гиперсеротонинемия, но в 30-50% случаев без явных нарушений обмена серотонина в мозге.

(д)              у-Аминомасляная кислота — тормозной 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 у-амино- масляной кислоты.
0) Эпилепсия — внезапные синхронные вспышки активности групп нейронов в разных областях мозга, связывают со снижением тормозного действия у-ами- номасляной кислоты. Фенитоин стабилизирует плазмолемму нейронов и снижает избыточную секрецию нейромедиатора, фенобарбитал повышает связывание у-аминомасляной кислоты с рецепторами, вальпроевая кислота увеличивает содержание нейромедиатора.
  1. Состояние тревоги — психическая реакция, связанная с уменьшением тормозного эффекта у-аминомасляной кислоты. Бензодиазепины стимулируют взаимодействие нейромедиатора с рецептором и поддерживают ингибиторное действие у-аминомасляной кислоты.

(е)              р-Эндорфин — нейромедиатор полипептидной природы многих нейронов ЦНС (гипоталамус, миндалина мозжечка, таламус, голубоватое место). Проопиоме- ланокортин транспортируется по аксонам и расщепляется пептидазами на фрагменты, одним из которых является p-эндорфин. Нейромедиатор секрети- руется в синапсе, взаимодействует с рецепторами на постсинаптической мембране, а затем гидролизуется пептидазами.
(ж)              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 эн- дорфин, образуются из проопиомеланокортина. После секреции взаимодействуют с пептидергическими (опиоидными) рецепторами.
(з)              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.
(и)              Вещество P — нейромедиатор пептидной природы в нейронах центральной и периферической нервной системы (базальные ганглии, гипоталамус, спинномозговые узлы).
Боль. Передача болевых стимулов реализуется при помощи вещества P и опиоидных пептидов (глава 8.3 I I в (2) (6)).
(к) 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.
(л) Другие нейромедиаторы (VIP, адреналин, бомбезин, брадикинин, вазоп- рессин, карнозин, нейротензин, соматостатин, холецистокинин). Их роль для синаптической передачи остаётся неясной. В синаптической передаче, возможно, участвует прион.
Д. Цитоскелет нейронов состоит из микротрубочек, промежуточных филаментов (нейрофи- ламенты) и микрофиламентов.
  1. Микротрубочки — наиболее крупные элементы цитоскелета, их диаметр 24 нм. С ними связывают внутриклеточный, в т.ч. аксонный, транспорт (глава 8.2 I Б 2). 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.

а.              Ориентация (рис. 8-6). Большинство микротрубочек аксона (+)-концом направлено к терминали, а (-)-концом — к перикариону. 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.
б.              т-Белок — один из белков, связанных с микротрубочками большинства клеточных типов. т-Белок связывается с тубулином и стимулирует сборку микротрубочек, образует между ними поперечные сшивки. Модифицированная форма т-белка, формирующего волокна из пары спиральных нитей в составе плотных аномальных структур (нейро- фибриллярных клубков), обнаружена в нейронах мозга при болезни Алъцхаймера.
  1. Нейрофибриллы. При импрегнации солями серебра в нейронах можно обнаружить сплетения нитевидных структур, в аксонах расположенных параллельно друг другу. Нейрофибриллы — типичный артефакт, образующийся при осаждении серебром белков цитоскелета.
  2. Микрофиламенты (см. главу 2 III Б 3).


    3. Рис. 8-6. Ориентация микротрубочек в отростках нейрона. Аксон отличается от дендритов полярной ориентацией микротрубочек. В нём микротрубочки своими (+)-концами направлены к терминали, а (-)-концами — к перикариону [из Black ММ, Baas PW, 1989)