Нейроглия
Пространство между нейронами заполнено глиальными клетками. Они очень разнообразны и их в 5-10 раз больше, чем нейронов, но так как они имеют маленькие размеры, они занимают примерно половину объёма мозга. В зависимости от региона, доля глии составляет от 10 до 40-60%. Глиальные отростки тонкие, иногда тоньше 1 мкм, внутри клетки цитоплазмы достаточное количество. Экстраклеточное пространство ограничено узкими щелями около 20 нм.
Никаких специальных контактов между нейронами или глиальными клетками не обнаружено. Глия выполняет ряд функций:
1. Функция ионного буфера. Принадлежит астроцитам
2. Активное поглощение нейромедиаторов
3. Изоляционная функция. Олигодендроциты и швановские клетки
4. Защитная функция. Микроглия и гематоэнцифалический барьер, иммунитет
5. Опорная. Описана Верховым
6. Трофическая. Открыли Гольджи, Пуальсон
7. Транспортная
8. Восстановление и регенерация нервной ткани. Факторы роста нервов, которые могут оказывать положительную или отрицательную реакцию. Микроглия
9. Структурирующая роль в онтогенезе. Радиальные клетки
Долгое время клеткам глии отводилась скромная роль вспомогательных элементов нервной ткани. Сегодня показано, что клетки глии обмениваются и с нейронами и друг с другом «Посланиями о нейронной активности». Они способны изменять нейронные сигналы на уровне синаптических контактов между нейронами и влиять на образование синапсов.
Таким образом, сегодня для глии характерна решающая роль в процессах обучения и памяти, а также способность участвовать в восстановлении поврежденных нервов.
Мариан Даймонд
У неё был кусочек мозга Энштейна (возможно, байка). В коре обнаружила необычайно большое количество вспомогательной ткани (глиальных клеток).
Вирховым
Предложил термин «Нейроглия» - некоторая субстанция, которая заполняет пространство между нейронами. Нейроглия – нервный клей. К его работам относятся разработки по дегенерации клеток, первый описал, что такое некроз, обосновал принцип преемственности клетки (каждая клетка из клетки). Основатель целлюлярной (клеточной) патологии. Выделил причины образования тромбов. Глиальный индекс (соотношение количества глиоцитов к количеству нейронов)
Рамон Кохаль
Описывает астроциты и определяет их функцию, как электрическую изоляцию нейронов.
Пол Глис
Холгер Гайдн и Пол Ланге
Нейрон и глия формируют функциональную единицу, в которой оба элемента воздействуют друг на друга.
Нейроглия
1. Астроциты. Астроцитарная глия – крупные клетки со светлым овальным ядром, многочисленными отростками и небольшим числом органоидов. Контактируют с капиллярами и нейронами.
2. Олигодендроциты. Находятся в основном в белом веществе мозга. Сюда относятся швановские клетки (но это клетки переферической нервной системы). Данный класс клеток характеризуется более плотной цитоплазмой, хорошо развитым ЭПР, АГ, есть множество митохондрий и лизосом
3. Клетки эпиндимы. Эпиндимная глия образует выстилку полостей мозговых желудочков и центрального канала спинного мозга. Представлена цилиндрическими и кубическими клетками, в них хорошо развиты органоиды.
4. Радиальные глиальные клетки. Играют важную роль в развитии ЦНС млекопитающих. Они натянуты через всю толщу спинного мозга, сетчатки, мозжечка, образуют продолговатые филаменты, вдоль которых развивающиеся нейроны мигрируют к своему месту назначения
5. Клетки микроглии. Это мелкие отростчатые клетки с очень плотной цитоплазмой. Для них характерен фагоцитоз, происхождение микроглиальных клеток окончательно не выяснено. С одной стороны, это своеобразные макрофаги, их относят к элементам ткани внутренней среды (мезенхимального происхождения). С другой стороны имеются данные, позволяющие рассматривать клетки микроглии как недифференцированные, покоящиеся астроциты, которые при определённых условиях начинают активно размножаться и превращаться в зрелые фиброзные астроциты.
Макроглия образуется из предшественников, выстилающих нервную трубку, которая формирует внутреннюю поверхность мозга.
Астроциты
Звёздчатые клетки с множеством отходящих отростков. Они составляют в мозге сеть, окружают нейроны и капилляры. Астроциты накапливают и передают вещества от капилляров к нейронам. В гиппокампе и мозжечке, астроциты принимают участие в деятельности синапсов. Один астроцит в сером веществе может образовывать контакты с 300-600 нейрональными дендритами.
В 2011 году впервые удалось вырастить чисто глиальную культуру. Современная классификация основана на определении их молекулярных антигенных фенотипов, которые определяются наличием глиального фибрилярного кислого белка GFAP, S100B, Аквапорин4, глутоматный транспортёр 1.
Морфологическая характеристика
Относительно крупное светлое ядро со слабо-развитым ядрышковым аппаратом. В цитоплазме присутствуют гладкий и шероховатый ЭПР, митохондрии мелкие, немногочисленные. Цитоскелет развит умеренно в протоплазматических и хорошо в волокнистых (фибрилярных) Астроцитах.
Между клетками имеется значительное число щелевидных и десмосомоподобных контактов. После рождения астроциты способны к миграции, особенно в зоны повреждения, способны к пролиферации, хотя с возрастом эта функция ослабевает.
Отличительная особенность – мембранный потенциал. Потенциал покоя глиальной клетки более отрицателен внутри, чем у нейронов (-90 мВ). Лишь в нескольких исследования было показано, что глиальные клетки способны генерировать ПД.
В отличие от нейронов данный потенциал целиком определяется соотношением калия и кальция. При возбуждении нейрона, содержание калия во внеклеточном пространстве увеличивается, что сопровождается снижением мембранного потенциала астроцита.
Цитоплазматическая мембрана астроцита содержит потенциал-независимые калиевые, натриевые, кальциевые, хлорные ионные каналы. Также на мембране присутствуют АТФ-азы, альфа- и бета-адренорецепторы, NMDA-рецепторы возбуждающих аминокислоты (аспартат, глутамат). Есть рецепторы к серотонину, гистамину, дофамину и другим.
В астроцитарных клетках определяется белок S100, глутамин синтетаза, карбоангидраза, активность которых в 100 р выше, чем в нейронах.
АСТРОЦИТЫ:
1. Фиброзные. Много в пучках миелинизированных нервных волокн и в белом веществе мозга. Диаметр 7-11 мкм. Отличительным признаком фиброзных астроцитов является высокая экспрессия GFAP. Наличие длинных слабоветвящихся отростков. Отсутствуют типичные периферические отростки. Контактируют с перехватами Ранвье миелиновых волокн.
2. Протоплазматические астроциты. Присутствуют в сером веществе мозга вблизи те нейронов, дендритов. Плотно покрывают синапсы. Имеют разветвлённые, сравнительно короткие отростки до 400 мкм в длину
Протоплазматические астроциты продуцируют низкий уровень GFAPчто не всегда позволяет их имуно-гистохимически идентифицировать. ПА имеют многочисленные разветвлённые отростки с большим числом миниатюрных листовидных филаподиеподобных отростков с большим количеством листовидных, филоподие-подобных отростков (периферические астроцитарные отростки (ПАО)) ПАО окружают терминальные ветвления отростков нейроном и синаптические контакты. Они считаются основными компартментами, ответственными за нейрон-астроцитарное взаимодействие.
Листовидные отростки выглядят, как тонкие цитоплазматические или мембранные прослойки. Занимают примерно 80% поверхности протоплазматического астроцита. ПАО – высоко динамичная структура. Находится в постоянном движении, скользят вдоль мембраны нейрона и образуют новые контакты около активно-работающих синапсов.
3. Интраламинарные астроциты. Обнаруживаются у высших млекопитающих и человека в неокортексе и гиппокампе. Отличительный признак – длинные до 2мм прямые, неветвящиеся отростки. Ориентированы перпендикулярно поверхности мозга. Значение до конца невыяснено.
4. Радиальные астроциты. Во взрослом мозге типична для низших позвоночных, где пронизывает всю толщу мозга. У млекопитающих радиальная глия хорошо выражена при развитии нервной системы, где выполняет опорную функцию для миграции нейронов коры и является источником развития некоторой части нейронов и астроцитов. После периода развития исчезают в большинстве областей головного и спинного мозга. В
В зрелом мозге аналоги радиальной глии присутствуют в мозжечке (клетки Бергмана) и в сетчатке глаза (Мюллеровой клетки).
Физиологические характеристики
Обнаружено, что глиальные клетки обладают несколькими типами ионных каналов, ответственных за генерацию электрических сигналов. Эти каналы используются для регулирования уровня активности соседних нейронов. Мембрана глиальных клеток не обладает свойствами, необходимыми для проведения ПД. Но глиальные клетки передают друг другу сигналы с помощью химических, а не электрических сигналов.
Экспериментально установлено, что показатель активации глиальных клеток – поглощение ими кальция. Между астроцитами формируются контакты типа GAP-Junction, пронизывающую всё вещество мозга.
Глиальные клетки обмениваются ионами и маленькими молекулами напрямую, минуя внеклеточное пространство, что используется для уменьшения концентрационного градиента.
Непосредственные контакты с нейронами, синапсами и сосудами, определяют их роль, как поставщика глюкозы. Это обеспечивается высоким содержанием переносчиков глюкозы в концевых ножках астроцитов. Также астроциты участвуют в формировании регионального кровотока в соответствии с функциональной активностью нейронов. Астроциты участвуют в поддержании калиевого градиента. В норме содержание калия во внеклеточном срезе 3 микромоля. При повреждении концентрация увеличивается до 12 микромолей. Эпилиптические судурорги – 30 микромоль. И только активности КИР-каналов удаётся нормализовать концентрационный градиент, так как они имеют высокую концентрацию.
А принимают участие в транспорте воды при помощи аквапоринов. Известно, что отёк астроцитов является одним из ранних проявлений нарушения водно-электролитного обмена в мозге.
Регуляция внеклеточного уровня медиаторов за счёт работы транспортера. ГАМК и ГЛУТАМАТ. Работает по принципу симпорта и являются электрогенными. При перемещении Глу внутрь клетки сопровождается входом трёх ионов натрия. Выходит калий и хлор
ГАМК поступает при помощи специальных ГАМК транспортёров. Внутри клетки ГАМК превращается в Глу, который с помощью глутаминсинтетазы превращается в Глн. Глн выделяется в межмембранное пространство и захватывается пресинапсом и там превращается.
Такой круговорот аминокислот обозначается, как глутамат-глутаминовый-астроцитарно-нейронный цикл. Впервые описан в 70-е годы 20 века русским химиков Певзнером Сергеем Михайловичем. Нарушение работы глутаматных транспортёров описано при многих нейродегенеративных заболеваний. Например, болезни Альгеймера, Хаддингтона, ишемической болезни мозга и др.
Обмен ионов кальция (кальциевые волны и возбуждение атсроцитов).
В ответ на дейтсвие некоторых нейромедиаторов, в астроцитах наблюдается возбуждение в виде периодических колебаний внутриклеточного ровня кальция. В ответ н повышение внутриклеточного уровня кальция, клетка способна выделять глиальные нейромедиаторы, которые модулируют деятельность рядом расположенных синапсов. Таким образом глия может участвовать в формировании памяти.
Еще одним аспектом формирования долговременной памяти является усиление синтеза миелина на стадии образования и упрочнения условного рефлекса. Таким образом облегчается проведение по нервным волокнам импульса и повышается эффективность синаптической передачи возбуждения.
Астроглиоз
Универсальная реакция астроцитов на все формы повреждений мозга. Например, на проникновение вирусов, ишимия, травмы, инсульт, нейродегенеративные заболевания. Эта реакция сопровождается глубокими фенотипическими изменениями астроцитов. Их совокупность состоит в изменении экспрессии генов, в частности в резком повышении экспрессии белков промежуточных нейрофиламентов. Это глиальный, фибрилярный кислый белок, виментин, нестин. Также усиливается экспрессия ряда цитокинов, что может приводить к увеличению количества астроцитов и их гипертрофии.
Феномен астроглиоза известен более 100 лет и долгое время считалось, что образовавшийся глиальный рубец – препятствие для восстановления контакта между нерешёнными зонами. Что он ограничивает регенерацию аксонов и является препятствием для восстановления функций мозга.
Однако астроглиоз зачастую определяет клинический исход повреждения мозга. Показано, что астроглиоз развивается не по принципу всё или ничего, а представляет собой определённую совокупность изменений, зависящую от характера повреждений и регулируется специфическими сигналами. Захват избыточного глу, защита от окислительного стресса за счёт продукта глютатиона, секреция нейропротекторных факторов, например аденозин, восстановление ГЭП и подавление вазогенного отёка
Микроглии
Это клетки небольшого размера и продолговатой формы. Популяция микроглии неоднородна по происхождению. Показано, что 50% - маркофаги мозга, происходящие из моноцитов крови, другая половина – покоящиеся астроциты, способные в стрессовых условиях к активной пролиферации и дифференцировке в зрелые фиброзные астроциты.
В зрелой ЦНС, микроглия ветвистая, характеризуется короткими отростками с вторичными и третичными ответвлениями. Клетки распределены в белом и сером веществе мозга, обычно вблизи кровеносных сосудов. В развивающемся мозге млекопитающих присутствует временная форма микроглии (амебоидная), клетки которой образуют выросты (филоподии и складки плазмалеммы).
Амебоидные микроглиациты имеют высокую амебоидную активность лизосомальных ферментов. Активнофагоцитирующая амебоидная микроглия выполняет важную защитную функцию в ранний постнатальный период, когда еще не сформирован гематоэнцефалический барьер (защищает от бесконтрольного проникновения веществ, вирусов и бактерий из тела в головной мозг).
Амебоидная микроглия, кроме этого, способствует удалению клеточных остатков, появляющихся в результате апоптоза в процессе дифференцировки нервной системы. При созревании амебоидные микроглиоциты преобразуются в ветвистую микроглию.
Кроме структурных элементов клеток, микроглия может фагоцитировать продукты разрушения нервной ткани. Участвует в синтезе белка внеклеточного матрикса Ламинин. Способствует росту нейритов.
Микроглиоциты участвуют в остром воспалении нервной ткани вместе с активированными т-лимфоцитами, которые могут входить в мозг.
Реактивная микроглия выделяет цитотоксические вещества. Например, перекись водорода и оксид азота 2, убивающие нейроны. Также активированная микроглия может выделять специфические протеазы и цитокины, вызывающие демиелинизацию аксонов.
Таким образом, может осуществлять защитную функцию, а с другой – гиперактивация микроглии приводит к патологическим процессам и может являться одним из механизмов патогенеза нейрогенеративных заболеваний, например Альцгеймера или Паркинсона.
Эпендимный призматический эпителий – нейроэпителий, выстилающий спинно-мозговой канал, и желудочки головного мозга. У эмбрионов и новорождённых несёт мерцательные реснички. Крупные сосуды нервной ткани сопровождаются соединительной тканью, покрыты астроцитами, пограничными мембранами, которые образуют гематоэнцефалический барьер, и обеспечивают избирательную проницаемость сосудов мозга.
Лимфатические сосуды в нервной ткани отсутствуют. Клетки эпиндимы участвуют в образовании и секреции церебро-спинальной жидкости. Подвижные реснички этих клеток направляют ток ЦСЖ. Между клетками эпиндимы есть щелевидные контакты, хотя плотные соединения отсутствуют, так что цереброспинальная жидкость может проникать между эпиндимоцитами в нервную ткань.
Предполагается, что эпиндимоциты могут выполнить в цнс функции стволовых клеток.
Нейросекреторные клетки – специализированные нейроны, способные к синтезу нейрогормонов. Внешне нейросекреторные клетки не отличаются от обычных нейронов, но они способны при получении внешних электрических стимулов выделять из окончания физиологически-активные вещества, чаще всего белково-пептидной природы. Скопление нейросекреторных клеток обнаружены в различных отделах ЦНС.
Классическим примером нейросекреторного органа является ипоталамус и гипофиз. Вещества – либерины и статины.
Нейросекреторные клетки появились на ранних стадиях эволюции нервной системы и играют важную роль в механизмах регуляции различных функций.
ГЕМАТОЭНЦЕФАЛИЧЕСКИЙ БАРЬЕР
Лина Саломоновна Шерн – оздать ученья о ГЭБ. Гистологические барьеры есть в соответствующих органах. Гемато-энцефалический, гемато-лимфорный, гемато-лимфатический, гемато-пульмональный и др.
ГЭБ – максимально выраженный по дифференцированности и сложности гисто-гематический барьер
ГЭБ неравномерно покрываете весь в мозг. В некоторых местах он ослаблен: в районе гипоталамуса (выделение гормонов в кровь), некоторых образований на дне 3,4 желудочка, а также в районе шишковидного тела. Существуют два пути проникновения веществ в ткань мозга:
1. В составе ЦСЖ. Это ликворный путь
2. Через стенки капилляров. Преобладает во взрослом состоянии
Следовательно, ГЭБ должен защитить ткань мозга от водорастворимых молекул, если только их не переносят транспортные белки, находящиеся в плазматической мембране эндотелиальных клеток. Структурными элементами ГЭБ являются стенки мозговых капилляров, окруженные клетками нейроглии, сосудистое сплетение желудочков мозга, мозговые оболочки. ГЭБ формируется в процессе эмбриогенеза из клеток эндотелия и перецитов. Затем, к ним присоединяются астроциты.
Клеточные элементы ГЭБ:
1. Перециты. Вид клеток в ЦНС, размещается снаружи от эндотелиального слоя клеток капиллярной сети мозга. Представляет собой удлинённые многоотростчатые клетки, расположенные вдоль длинной оси капилляра. Перециты участвуют в обслуживании кровеносных капилляров мозга. Выполняет гомеостатическую и кровоостанавливающую функцию.
2. Соединены чрезвычайно развитыми плотными контактами, которые полностью перекрывают межклеточное пространство – соседние клетки перекрывают одна другую черепице-образно, образуя сплошную эндотелиальную трубку.
3. Протоплазматические астроциты. Покрывают выростами большую часть стенок капилляров мозга, до 90%, а остальная часть поверхности окружена телами глиальных клеток. Контакт между астроцитом и стенками капилляра настолько тесен, что внешние мембраны сливаются, образуя двойную перегородку, благодаря чему с трудом происходит проникновение многих веществ через такую двойную систему.
Через ГЭБ могут проникать холин,
Интенсивность проникновения в мозг ряда веществ через ГЭБ определяется не только состоянием ГЭБ, но и интенсивностью функционирования и метаболизмы ЦНС. Чувствительна к растворам, содержащим более высокие физиологически концентрации калия кальция или магния.
Эффекты калия – вплоть до судорог обусловлены его деполяризирующим влиянием на ППМ. Кальция и магний снижает активность головного мозга, при чём кальция за счёт снижения проницаемости мембраны аксонов, а магний блокирует выделение нейромедиаторов. Таким образом, гомеостаз ионов калия, кальция и магния в интерстициальной жидкости головного мозга – необходимое условие для его устойчивой функциональной деятельности.
Также ГЭБ защищает головной мозг от экзо и эндогенных токсинов, но препятствует ускользанию нейромедиаторов и других активных соединений, что создаёт возможность сохранения особой внутренней среды для головного мозга.
Высокая проницаемость ГЭБ для СО2 и гидрокарбонат ионов даёт возможность существования регуляции кровотока в ЦНС. Головной мозг у нас в результате неоднородного транспорта протонов и гидрокарбонат-ионов даёт возможность изменять pH среды.
Переносчики – участвуют в транспорте глюкозы и витаминов. Стереоспецифические инсулин-независимые транспортёры: Глют1 – обеспечивает доставку 2-3 кратного количества глюкозы в мозг; Монокарбоновые кислоты (лактат, ацетат, пируват), а так же кетоновые тела, транспортируются отдельными стереоспецифическими системами, хотя интенсивности у них ниже, но это – важные метаболические субстраты для новорожденных.
Для некоторых белков существует транс-цитоз, зависимый от активации соответствующих рецепторов. Так проникает инсулин, трансферин, вазопресин, инсулиноподбный фактор роста.
Многие нейромедиаторы не способны проникать через ГЭБ. Так, дофамин не проникает, а вот L-ДОФА есть система транспортёров нейтральных аминокислот. С недостатком дофамина связано заболевание болезнь Паркинсона. Одним из способов лечения является как раз препарат на основе предшественника Дофамина.
Выявлены онтогенетические закономерности поступления незаменимых аминокислот в головной мозг. Лизин, пролин, лейцин эффективнее транспортируется у молодых организмов, чем у старых. Также показана конкуренция за место в транспортной системе между нейтральными аминокислотами. Высокая концентрация одной кислоты в крови способна угнетать транспорт других аминокислот, что может привести к заболеваниям.