Структура и Функции Нейронов: От Мембраны до Межклеточной Коммуникации – Все, что Нужно Знать. Часть 1.

Исследуйте удивительный мир нейронов: от сложной структуры их мембран до ключевых аспектов межклеточной коммуникации. Узнайте, как эти микроскопические строители наших мыслей и эмоций обеспечивают жизненно важные функции нашего мозга

Большинство нейронов отличаются своей специализацией на передаче электрических сигналов на большие расстояния и межклеточной коммуникации посредством синапсов. Эти признаки проявляются в общей морфологии нейронов, в организации их мембранных компонентов, а также в структурных и функциональных особенностях синаптических контактов между нейронами. Наиболее очевидным морфологическим признаком специализации нейронов на коммуникации является обширное разветвление нейронов. Двумя наиболее характерными аспектами такого разветвления типичных нервных клеток являются наличие аксона и сложное разветвление дендритов, которые отходят от тела нервной клетки в виде дендритных ветвей (или дендритных отростков).

У большинства нейронов есть только один аксон, который простирается на относительно большое расстояние от тела клетки. Аксоны могут иметь ответвления, но в целом они не так сложны, как те, которые образуют дендриты. Дендриты являются основными мишенями для синаптического взаимодействия с окончаниями аксонов других нейронов и отличаются высоким содержанием рибосом, а также специфическими белками цитоскелета.

Различия в размерах и разветвленности дендритов огромны и имеют решающее значение для определения способности отдельных нейронов обрабатывать информацию. У некоторых нейронов вообще отсутствуют дендриты, в то время как у других есть дендритные ветви, которые по сложности не уступают зрелому дереву.

Количество входных сигналов, получаемых конкретным нейроном, зависит от сложности его дендритной структуры. Нейроны, не имеющие дендритов, иннервируются аксонами только одного или нескольких других нейронов, что ограничивает их способность интегрировать информацию из различных источников, что приводит к более или менее точной передаче электрической активности, генерируемой синапсами, воздействующими на нейроны. Нейроны со все более сложными дендритными ответвлениями иннервируются соизмеримо большим числом других нейронов, что обеспечивает гораздо большую интеграцию информации.

Синапсы, синаптическая передача

Количество входов для одного нейрона отражает степень конвергенции, в то время как количество мишеней, иннервируемых любым нейроном, отражает его дивергенцию. Количество синаптических сигналов, получаемых каждой нервной клеткой в нервной системе человека, варьируется от 1 до примерно 100 000. Этот диапазон отражает фундаментальное назначение нервных клеток: интегрировать и передавать информацию от других нейронов в нейронную цепь.

Синаптические контакты, создаваемые окончаниями аксонов на дендритах (и реже на телах нейрональных клеток), представляют собой особую разработку секреторного аппарата, обнаруживаемого во многих поляризованных эпителиальных клетках. Как правило, окончание аксона пресинаптического нейрона непосредственно примыкает к специализированной области постсинаптических рецепторов на клетке-мишени. Однако для большинства синапсов нет физической связи между этими двумя элементами. Вместо этого пре- и постсинаптические компоненты взаимодействуют посредством секреции молекул из пресинаптического конца, которые связываются с рецепторами в постсинаптической клетке. Эти молекулы, называемые нейромедиаторами, должны пересекать промежуток внеклеточного пространства между пре- и постсинаптическими элементами, называемый синаптической щелью. Синаптическая щель - это не просто пустое пространство, а место расположения внеклеточных белков, которые влияют на диффузию, связывание и деградацию молекул, включая нейромедиаторы и другие факторы, секретируемые пресинаптическим окончанием.

Информация, передаваемая синапсами на нейрональных дендритах, интегрируется и, как правило, “считывается” в начале аксона (называемого аксональным отростком). Аксон - это часть нервной клетки, предназначенная для передачи электрических сигналов на большие расстояния. Аксон - это уникальное ответвление от тела нейрональной клетки, которое может простираться на несколько сотен микрометров или намного дальше, в зависимости от типа нейрона и размера животного (некоторые аксоны у крупных животных могут достигать нескольких метров в длину). Аксон также имеет особый цитоскелет, элементы которого являются ключевыми для его функциональной целостности. Многие нервные клетки человеческого мозга имеют аксоны длиной не более нескольких миллиметров, а некоторые вообще не имеют аксонов.

Аксон - это часть нервной клетки, предназначенная для передачи электрических сигналов на большие расстояния

Относительно короткие аксоны характерны для нейронов локального контура, или интернейронов, расположенных по всей нервной системе. В отличие от них, аксоны проекционных нейронов простираются к удаленным мишеням. Например, длина аксонов, идущих от спинного мозга человека к стопе, составляет около метра. Аксоны как интернейронов, так и проекционных нейронов часто разветвляются локально, что приводит к иннервации множества постсинаптических участков на многих постсинаптических нейронах.

Аксоны передают электрические сигналы на такие расстояния с помощью самовосстанавливающейся волны электрической активности, называемой потенциалом действия. Потенциалы действия (также называемые “всплесками” или “единицами”) - это необратимые изменения электрического потенциала (напряжения) на мембране нервной клетки, которые передают информацию из одного места нервной системы в другое. Процесс, посредством которого информация, закодированная потенциалами действия, передается синаптическими контактами клетке-мишени, называется синаптической передачей. , и его подробнее читай тут.

Пресинаптические окончания (также называемые синаптическими окончаниями, окончаниями аксонов или концевыми пластинами) и их постсинаптические элементы обычно представляют собой химические синапсы, наиболее распространенный тип синапсов в зрелой нервной системе. Другой тип, электрический синапс (опосредованный упомянутыми выше щелевыми соединениями), относительно редок в зрелой нервной системе (но широко распространен в развивающейся ЦНС) и выполняет особые функции, включая синхронизацию локальных сетей нейронов.

Секреторные органеллы содержатся в пресинаптическом конце химических синапсов и называются синаптическими пузырьками. Представляют собой сферические структуры, заполненные нейромедиаторами и, в некоторых случаях, другими нейроактивными молекулами. Расположение синаптических пузырьков на пресинаптической мембране и их слияние для инициации высвобождения нейромедиаторов регулируются различными белками (включая несколько белков цитоскелета), которые либо находятся в пузырьке, либо связаны с ним.

Нейротрансмиттеры, высвобождаемые из синаптических пузырьков, изменяют электрические свойства клетки-мишени, связываясь с рецепторами, локализованными преимущественно в постсинаптической области. Сложное взаимодействие нейромедиаторов, рецепторов, связанных с ними элементов цитоскелета и молекул, передающих сигнал, является основой для коммуникации между нервными клетками, а также между нервными клетками и эффекторными клетками в мышцах и железах.

Если вам понравилась статья, ставьте лайк и подписывайтесь на канал,

Мы продолжим изучать основы нашего мышления.

Список литературы:

Пурвес Д. и др. «Нейробиология: В 2 т. Т. 1.» М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. — Основы функционирования нервной системы, морфология нейронов.
Бериташвили И.С. «Нейронные механизмы мозга.» М.: Наука, 1987. — Введение в синаптическую передачу и нейронные сети.
Кандель Э., Шварц Дж., Джесселл Т. «Принципы нейронауки.» М.: Медицина, 2000. — Обзор морфологических особенностей и функций нейронов.
Герцен А.И. «Физиология нервной системы.» СПб.: Питер, 2016. — Разнообразие и функции дендритов и аксонов.
Хоффман П.Б. «Нейронаука для чайников.» М.: Диалектика, 2018. — Понятное объяснение морфологии нейронов и принципов работы нервной системы.
Судаков К.В. «Общая нейрофизиология.» М.: Медицина, 1980. — Основы электрической активности нейронов.