Нейроны мозга и глиальные клетки

загрузка...

НейронНейроны и глиальные клетки мозга

Все живые клетки имеют некоторые общие фундаментальные свойства и структуры: ядро, содержащее генетическую информацию, окисление глюкозы и избавление от токсинов, двухслойную липидную мембрану. Все клетки обмениваются информацией при помощи сигнальных молекул, проходящих сквозь мембрану посредством различных механизмов транспорта. В этих отношениях нейроны головного мозга подобны любой другой животной клетке, однако они также специализированы в электрохимическом проведении и обработке сигнала.

Для выполнения задач проведения и обработки нейроны образуют множество отростков – самое большое среди всех клеток животных – и функционируют одновременно и как передатчики, и как переключатели, а возможно, что даже как небольшие вычислительные устройства. 

Нейроны отличаются возможностью быстро проводить электрохимический сигнал по своему аксону, преобразуя мембранный потенциал в потенциал действия. Также важно помнить, что нейроны соединены между собой как при помощи классических синапсов, описанных десятки лет назад, так и неклассическими способами.

Не так давно было установлено, что глиальные клетки, ранее считавшиеся поддерживающими элементами нервной ткани, играют важную роль в проведении сигналов. Глиальные клетки составляют примерно половину массы мозга, что свидетельствует о важности выполняемых ими функций.

Традиционно считалось, что при проведении сигнала глиальным клеткам отводились «эпизодические роли», однако в некоторых случаях они способны сыграть и главную. Глия проводит свои сигналы путем распространения волн кальция, движущихся медленнее, чем потенциал действия по аксонам нейронов. При этом нейроглиальные клетки взаимодействуют с нейронами при помощи нейромедиаторов и являются единственным местом в мозге, где производятся ГАМК и глутамат.

Нейроны мозга и синапсы в качестве переключателей

Нейрон можно рассматривать как переключатель – биологическую версию электрического переключателя. Потенциал действия по аксону либо идет, либо нет.

Точно так же действуют и синапсы, передавая химический сигнал или не передавая его. Входные ответвления нейрона – дендриты – можно таким образом сравнить с интегратором, суммирующим импульсы десятков тысяч входящих сигналов за очень короткий период времени. Этот механизм не может не наводить на мысли об аналоговом компьютере.

Таким образом, поток информации в каждом нейроне и на каждом синапсе может быть остановлен, модифицирован или усилен. И хотя мозг отнюдь не идентичен компьютеру, он похож на него в плане анализа, фильтрации, хранения, и контроля информации многими его элементами.

Истории наших читателей

загрузка...

Поскольку мозг содержит примерно сто миллиардов нейронов и около триллиона синапсов, правильнее рассматривать его в качестве большой сети переработчиков информации, до некоторой степени напоминающей Интернет.

СЕНСАЦИЯ! Врачи ошарашены! АЛКОГОЛИЗМ уходит НАВСЕГДА! Нужно всего лишь каждый день после еды... Читайте далее-->

Полезно рассмотреть мозг и в качестве огромного адаптивного органа. В некотором смысле он подобен биологическим видам, так как в нем постоянно происходит появление, отбор и вымирание синапсов. Но процессы, происходящие в мозге, длятся секунды, часы или дни, а не сотни тысяч лет, как в случае видов.

Обратите внимание, что все процессы, представленные на рисунке ниже, – саморегулируемые, что позволяет поддерживать концентрацию биомолекул в требуемых пределах. Ауторецепторы контролируют синтез и высвобождение медиатора, контролируя таким образом частоту прохождения импульсов по нейрону. Транспортные молекулы возвращают молекулы медиатора в клетку, выбросившую их, для повторного использования. Везикулярные транспортеры переносят молекулы медиатора в везикулы – небольшие мембранные пузырьки, из которых они высвобождаются в синаптическую щель.

загрузка...

Некоторые ферменты расщепляют медиаторы, инактивируя их, а в клетку транспортируются их части. Обратите внимание, что мембранные рецепторы выглядят как тонкие нити, много раз пронизывающие мембрану насквозь. Это позволяет не забывать, что мембранные рецепторы имеют белковую природу и могут быть классифицированы по количеству пересечений мембраны полипептидной цепью.

Наши читатели рекомендуют!

Наша постоянная читательница поделилась действенным методом, который избавил ее мужа от АЛКОГОЛИЗМА. Казалось, что уже ничего не поможет, было несколько кодирований, лечение в диспансере, ничего не помогало. Помог действенный метод, который порекомендовала Елена Малышева. ДЕЙСТВЕННЫЙ МЕТОД

НейронГенерализованный синапс. Два нейрона разделены синаптической щелью, в которую один из них высвобождает нейромедиатор, диффундирующий к мембране постсинаптической клетки. В соответствии с этим один из нейронов называют пресинаптическим, а другой – постсинаптическим.

Глиальная клетка выполняет второстепенные функции, однако на настоящий момент известно, что она также может перерабатывать информацию. Поэтому при рассмотрении синапсов следует принимать во внимание три клетки – пресинаптическую, постсинаптическую и глиальную.

Основные вопросы синаптической передачи – как медиаторы синтезируются, доставляются к синапсу, высвобождаются и вызывают ответ постсинаптической клетки. Затем постсинаптическая клетка должна превратить молекулярный сигнал в потенциал действия.

НейронНексусы, или щелевидные контакты, образуют прямые соединения между клетками. Они делают возможным прямое электрическое сообщение между клетками. Большая часть ГАМК-ергических контактов в коре – щелевидные, что повышает синхронность ответа многочисленных кортикальных нейронов.

Химическая саморегуляция мозга

Химические реакции в мозге жестко регулируются. Если синапс выделяет слишком мало медиатора, сигнал не будет передан. Избыток медиатора токсичен и убивает нейроны. По этой причине во всех метаболических путях имеются петли отрицательной обратной связи, которые не дают количеству тех или иных молекул подняться выше определенного предела.

Непосредственно в синапсе работает несколько механизмов для удаления лишних молекул медиатора – это и снижение скорости его высвобождения, и их пассивная диффузия за пределы синаптической щели, и транспорт в клетку происхождения, и химическая их деактивация, и переработка, и удаление глиальными клетками.

Очистка синапса жизненно важна. Синапсы со слишком большим количеством медиатора могут перестать работать, а нейроны, образовавшие их, – погибнуть. Хорошим примером служит оксид азота, который работает в качестве медиатора во многих синапсах (в частности, именно это вещество опосредует активность препарата «Виагра»), но при этом становится ядовитым, если не удаляется с достаточно высокой скоростью. Это вещество диффундирует за пределы синаптической щели в течение нескольких миллисекунд, если вброшенное его количество было не слишком большим.

Примером химической саморегуляции в мозге являются ауторецепторы. Нейронам необходимо контролировать их секрецию – поскольку при ее отсутствии они могут отравить сами себя, а также потому, что при слишком большом количестве медиатора сигнал, идущий через синапс, никогда не прекратится.

Ели вы слышите одну и ту же фразу сотни раз, она теряет информативность. То же самое справедливо и для мозга.

Сигнал информативен только тогда, когда он посылается через разумные промежутки времени. По этим причинам каждый нейрон должен регулировать секрецию нейромедиаторов.

Мембраны, ионные каналы и аксоновые спайки

Все живые клетки работают как крошечные батарейки, поддерживая на своих мембранах разность потенциалов от -70 до -100 мВ. Это возможно благодаря активному трансмембранному транспорту ионов против градиентов их концентраций, закачивающих отрицательные ионы внутрь клетки и выкачивающих положительно заряженные наружу.

Для поддержания работы этих насосов, а также для большинства других функций клетки требуется постоянный приток макроэргических метаболитов – из-за этого нейроны постоянно потребляют энергию. Именно поэтому на поддержание работы мозга уходит столько ресурсов.

Все клетки поддерживают трансмембранную разность потенциалов, однако только нейроны способны с ее помощью давать аксональные спайки.

Дисбаланс между положительными ионами вне клетки и отрицательными ионами в клетке дает мембранный потенциал, который поддерживается постоянным перекачиванием ионов. При прохождении волны деполяризации мембранный потенциал обращается, но немедленно после этого он восстанавливается. Для его восстановления нейрон должен непрерывно потреблять энергию.

В отличие от большинства других клеток нейроны способны превращать свой трансмембранный потенциал в электрохимический сигнал. Дендриты нейрона принимают сигнал от соседних клеток, который меняет потенциал мембраны.

Ток ионов через мембрану клетки. Мембрана представляет собой бислой липидов, которые упакованы подобно двум слоям спичек с направленными наружу головками. Эти головки, обозначающие головки липидов, гидрофильны, а хвосты – гидрофобны.

Из-за такого распределения гидрофильных и гидрофобных участков молекулы фосфолипидов спонтанно образуют липидные бислои, в которых гидрофильные головки обращены в водную среду, а гидрофобные хвосты – друг к другу. Мембрана клетки в первом приближении представляет собой пузырь, образованный таким бислоем, который отделяет внутреннее пространство клетки от внешней среды слоем толщиной в две молекулы.

Когда разность потенциалов в области аксонного бугорка изменяется примерно на 70 мВ, аксон дает спайк – быструю волну деполяризации мембраны. Ионы по разные стороны мембраны устремляются сквозь нее, поскольку она на короткое время становится для них про ницаема. В конце концов волна электрохимической активности достигает синапса. Мембранный потенциал аксона при этом локально повышается с -70 мВ до + 30 мВ, однако он возвращается к исходному значению за несколько миллисекунд. Результатом такой активности является волна деполяризации, идущая от тела клетки к синапсу.

Эта система способна включаться и выключаться, работая подобно электрическому триггеру, а возможно, и как более сложный элемент. Для того чтобы возбудить нейрон, требуется деполяризовать его мембрану.

Это можно сделать, приложив внешний ток к клетке для обращения полярности ее мембраны, – примерно то же самое происходит при переключении полярности батарейки. Также можно ввести нейромедиатор в непосредственной близости от синапса, чтобы заставить постсинаптический нейрон деполяризоваться – эффект достигается абсолютно такой же. Деполяризация мембраны индуцирует возникновение аксонного спайка, который, в свою очередь, опосредует высвобождение нейроном медиатора в синаптическую щель.

Выше описана классическая модель возбуждающего нейрона. Есть возможность ингибировать постсинаптический нейрон, гиперполяризуя его мембрану. При этом разность потенциалов на мембране опускается ниже -70 мВ.

Гиперполяризованной мембране требуется больше энергии, чтобы деполяризоваться. В результате возможность прохождения спайка по аксону резко снижается.

Проще описать возбуждение и торможение в терминах спонтанного возбуждения нейрона. В нормальных условиях нейроны дают спайки с некоторой постоянной частотой, даже если их не стимулировать.

Гипотетической частотой можно выбрать один спайк в секунду. При стимуляции нейрона возбуждающим медиатором частота возрастает. Однако при торможении медиатором тормозным эта частота может снижаться практически до нуля. Самым распространенным тормозным медиатором является ГАМК, а самым распространенным возбуждающим – глутамат.

Липидный бислой образуется спонтанно при суспендировании липида в воде. Один из концов молекулы фосфолипида имеет высокое сродство к воде – гидрофилен, тогда как другой – низкое (гидрофобен). Из-за этого молекулы фосфолипидов выставляют свои гидрофильные концы воде, а гидрофобные – прячут, сближая их друг с другом. Этим и обусловлено спонтанное образование липидных бислоев в воде и принятие ими шарообразной формы.

Липидный бислой одновременно достаточно подвижен и весьма прочен и имеется во всех без исключения живых клетках. В бислой встроены многочисленные белки, такие как ионные насосы, рецепторы и ферменты, а также многие другие структуры, обеспечивающие сотни различных процессов.

Все мембранные каналы, упоминавшиеся при работе нейрона, относятся к классу потенциалзависимых. Как мы уже упоминали, на мембране сохраняется постоянная разность потенциалов. Для ее поддержания требуется непрерывно расходовать энергию – в частности, на работу трансмембранных ионных насосов.

Разность потенциалов на мембране снимается всякий раз, когда нейрон стимулируют электрически или когда происходит деполяризация. Эти события вызывают локальный обмен ионами на мембране в ту или другую сторону.

На рисунке ниже подробно представлен один из потенциалзависимых ионных каналов. Каждый тип канала имеет характерное для него число пересечений мембраны полипептидной цепочкой. Такие пересечения носят название трансмембранных сегментов и формируют субъединицы. Это сравнительно простое описание позволяет достаточно точно классифицировать очень большую часть трансмембранных белков, среди которых – ионные каналы и рецепторы.

НейронПотенциалзависимый ионный канал. Здесь показана схема укладки белковой цепи потенциалзависимого натриевого канала, проходящей через мембрану насквозь и образующей при этом шесть трансмембранных сегментов, каждый из которых повторен четыре раза (DI-DIV). В его состав, помимо большой альфа-субъединицы, входит также небольшая бета-субъединица.

Вылечить алкоголизм невозможно???

  • Испробовано множество способов, но ничего не помогает?
  • Очередное кодирование оказалось неэффективным?
  • Алкоголизм разрушает вашу семью?

Не отчаивайтесь, найдено эффективное средство он алкоголизма. Клинически доказанный эффект, наши читатели испробовали на себе ... Читать далее>>

Оставить комментарий

загрузка...