Нейрон — структурно-функциональная единица нервной системы

Нейрон (неврон, нервная клетка) — (от греч. neuron — нерв) — это основная функциональная и структурная единица нервной системы. Он принимает сигналы, которые поступают от рецепторов и нервных окончаний.

Разнообразие и сложность функций нервной системы зависят от числа составляющих её нейронов (около 102 у коловратки и более чем 1010 — у человека).

Нейрон преобразует полученные сигналы в нервные импульсы и передаёт их к эффекторным нервным окончаниям, которые в свою очередь контролируют деятельность исполнительных органов (мышцы, клетки железы или др.).

Нейрон формируется при эмбриональном развитии нервной системы. На стадии развития нервной трубки образуются нейробласты. Из нейробластов, в процессе дифференцировки, образуются нейроны. На рис. 1 показан процесс превращения нейробласта в нейрон. В это же время формируются специализированные части нейрона. На рис. 2 показано схематическое изображение нейрона и всех его основных частей, которые обеспечивают выполнение его функций.

Дендриты обладают избирательной чувствительностью к определённым сигналам. Они используются для восприятия информации. На поверхности дендритов расположена так называемая рецепторная мембрана.

На рецепторную мембрану воздействуют процессы местного возбуждения и торможения. Эти процессы, суммируясь, воздействуют на наиболее возбудимый участок поверхностной мембраны нейрона — триггерную (пусковую) область.

Триггерная область служит местом возникновения (генерации) распространяющихся биоэлектрических потенциалов. Для их передачи используется другой отросток нейрона — аксон, или осевой цилиндр.

Аксон покрыт электровозбудимой проводящей мембраной. Нервный импульс, достигнув концевых участков аксона, возбуждает секреторную мембрану. Из секреторной мембраны выделяется физиологически активное вещество — медиатор или нейрогормон.

Структура, размеры и форма нейрона довольно сильно отличаются между собой.

Нейрон — живая клетка. У него есть ядро, которое вместе с околоядерной цитоплазмой образует тело клетки, или перикарион.

В перикарионе происходит синтез макромолекул. Часть этих макромолекул транспортируется по аксоплазме (цитоплазме аксона) к нервным окончаниям.

Нейроны коры больших полушарий головного мозга, мозжечка, некоторых других отделов центральной нервной системы имеют довольно сложное строение. Для мозга позвоночных характерны мультиполярные нейроны.

В мультиполярном нейроне от клеточного тела отходят несколько дендритов и аксон. Начальный участок аксона является триггерной областью. На клеточном теле этого нейрона и на его дендритах есть множество отростков, образующие нервные окончания.

У беспозвоночных наиболее распространен униполярный нейрон. Его особенностью является наличие единственного, так называемого вставочного отростка, соединяющего его с аксоном. У этих нейронов могут отсутствовать настоящие дендриты. Поэтому очень часто рецепцию синаптических сигналов осуществляют специализированные участки на поверхности аксона.

Биполярные нейроны — это нейроны с двумя отростками. Чаще всего это периферийно чувствительные нейроны, у которых один дендрит, направленный наружу, и один аксон.

По месту, занимаемому нейроном в рефлекторной дуге, нейроны делятся на

чувствительные (афферентные, сенсорные, или рецепторные). Эти нейроны получают информацию из внешней среды или от рецепторных клеток;

вставочные нейроны (или интернейроны). Связывают один нейрон с другим;

эффекторные (или эфферентные). Посылают свои импульсы к исполнительным органам (напр., мотонеироны, иннервирующие мышцы).

По химической специфичности, т. е. по природе физиологически активного вещества, которое выделяется нервными окончаниями данного нейрона, нейроны подразделяются

холинергический нейрон (секретирует ацетилхолин);

пептидергический (то или иное вещество пептидной природы) и т. д. Механизм проведения нервного импульса

Синапсы — это специальные межклеточные соединения, используемые для перехода сигнала из одной клетки в другую.

Контактирующие участки нейронов очень тесно прилегают друг к другу. Но все же между ними зачастую остается разделяющая их синаптическая щель. Ширина синаптической щели составляет порядка нескольких десятков нанометров.

Чтобы нейтроны успешно функционировали, необходимо обеспечить их обособленность друг от друга, а взаимодействие между ними обеспечивают синапсы.

Хорошо известно, что электрический импульс не может преодолеть без существенных потерь энергии любую, даже самую короткую межклеточную дистанцию. Поэтому в большинстве случаев необходимо осуществлять преобразование информации из одной формы в другую, например, из электрической формы в химическую, а затем — опять в электрическую. Рассмотрим этот механизм подробнее.

Синапсы выполняют функцию усилителей нервных сигналов на пути их следования. Эффект достигается тем, что один относительно маломощный электрический импульс освобождает сотни тысяч молекул медиатора, заключенных до того во многих синаптических пузырьках. Залп молекул медиатора синхронно действует на небольшой участок управляемого нейрона, где сосредоточены постсинаптические рецепторы — специализированные белки, которые преобразуют сигнал теперь уже из химической формы в электрическую.

В настоящее время хорошо известны основные этапы процесса освобождения медиатора. Нервный импульс, т. е. электрический сигнал, возникает в нейроне, распространяется по его отросткам и достигает нервных окончаний. Его преобразование в химическую форму начинается с открывания в пресинаптической мембране кальциевых ионных каналов, состояние которых управляется электрическим полем мембраны. Теперь роль носителей сигнала берут на себя ионы кальция. Они входят через открывшиеся каналы внутрь нервного окончания. Резко возросшая на короткое время примембранная концентрация ионов кальция активизирует молекулярную машину освобождения медиатора: синаптические пузырьки направляются к местам их последующего слияния с наружной мембраной и, наконец, выбрасывают свое содержимое в пространство синаптической щели.

Рис. 3

Синаптическая передача осуществляется последовательностью двух пространственно разобщенных процессов: пресинаптического по одну сторону синаптической щели и постсинаптического по другую (рис. 3). Окончания отростков управляющего нейрона, повинуясь пришедшим в них электрическим сигналам, высвобождают в пространство синаптической щели специальное вещество-посредник (медиатор). Молекулы медиатора достаточно быстро диффундируют через синаптическую щель и возбуждают в управляемой клетке (другом нейроне, мышечном волокне, некоторых клетках внутренних органов) ответный электрический сигнал. В роли медиатора выступает около десятка различных низкомолекулярных веществ:

ацетилхолин (эфир аминоспирта холина и уксусной кислоты);

глутамат (анион глутаминовой кислоты);

ГАМК (гамма-аминомасляная кислота);

серотонин (производное аминокислоты триптофана);

аденозин и др.

Они предварительно синтезируются пресинаптическим нейроном из доступного и относительно дешевого сырья и хранятся вплоть до использования в синаптических пузырьках, где, словно в контейнерах, заключены одинаковые порции медиатора (по несколько тысяч молекул в одном пузырьке).