18:54 Нервная система скачать | |
|
МОЗГ — удивительное творение приро ды, сложнейший инструмент познания, центр регуляции жизнедеятельности нашего организма. Исследователей, постига ющих тайны строения и функции мозга, не перестает удивлять сложность и многокомпонентность его химического состава, богат ство энергетических ресурсов, пластичность, надежность его работы. Каким же образом нервные клетки обща ются друг с другом, передают необходимую информацию органам и тканям? Прежде всего, вспомним, что нервная клетка, или нейрон, как и другие клетки организма, имеет ядро и окружающую его цитоплазму, поверхностный слой которой об разует клеточную мембрану. От каждого нейрона отходят многочисленные ответвле ния— дендриты и один длинный отро сток— аксон, разветвляющийся на конце на тоненькие веточки, оплетающие другие нерв ные клетки. Длина аксона одних нейронов составляет доли миллиметра, других — достигает 1—1,5 метра. Химический состав клеток значительно отличается от состава окружающей их меж клеточной жидкости. Внутри нервной клетки в 30 раз больше ионов калия и в 10 раз меньше ионов натрия, чем в межклеточной жидкости; внутри клет ки преобладают отрицательные заряды, вне ее — положительные. Так как мембрана ней рона в покое фактически непроницаема для ионов, клетка в состоянии поддерживать разность концентрации этих ионов на определенном уровне. Но воздействующий на клет ку раздражитель резко изменяет проница емость мембраны, и ионы натрия устремля ются внутрь клетки, а ионы калия — наружу. Это изменение полярности электрического заряда внутри и снаружи нервной клетки и представляет собой нервный импульс, кото рый стремительно распространяется от одно го нейрона к другому. Нейрофизиолог может как бы воочию увидеть этот процесс. Достаточно ввести очень тонкий микро электрод в нервную клет ку, соединить его с усилителем, и на светя щемся экране осциллоскопа отчетливо про явятся колебания электронного луча, отра жающие стремительный ритм электрических импульсов. Микро электродом обычно служит тонкая пипетка диаметром 0,0005 миллимет ра, заполненная солевым раствором, прово дящим ток,— хлористым калием, например. Если такую пипетку ввести очень осторожно, то мембрана клетки быстро стягивается вок руг кончика микро электрода и нейроны спо собны нормально функционировать в тече ние нескольких часов. Такой методический прием дал очень много для изучения элек трической природы нервного импульса. Итак, рождаясь в одной клетке, нервный импульс по ее отростку, как по телефонному кабелю, бежит по направлению к следующей клетке, чтобы передать дальше распоряже ние центральной нервной системы органам и тканям организма. Электрический им пульс— основной элемент кода в общении нервных клеток. Но вот он достигает оконча ния аксона в месте его соединения с другим нейроном и... исчезает, чтобы тотчас же возродиться в следующей нервной клетке. Долгое время считали, что импульс про сто-напросто перескакивает с клетки на клетку. Оказалось, что процесс этот гораздо сложнее. Электронный микроскоп раскрыл тонкую архитектуру соединения аксона с соседней нервной клеткой, а многочислен ные исследования обнаружили здесь слож ную мозаику химических процессов. Аксон завершается колбообразным рас ширением, так называемым синоптическим окончанием. Вот именно здесь-то и прячется нервный импульс, прежде чем передать свое образную электроэстафету следующему нейрону. Между синоптическим окончанием и так называемой постсинаптической мембраной соседней нервной клетки есть небольшое пространство (примерно 20 миллимик рон)— синоптическая щель. Место контакта двух нервных клеток получило название синапса. Внутри синоптических окончаний ученые обнаружили мельчайшие пузырьки, заполненные медиаторами — химическими передатчиками нервных импульсов. А теперь представим себе, что происходит в синапсах в момент прохождения нервного импульса. Как только импульс добегает до синоптического окончания, содержимое пузырьков изливается в синоптическую щель. Молеку лы передатчика передвигаются к мембране соседнего нейрона и взаимодействуют с ее особыми белковыми или липидными компо нентами— рецепторами. Молекулы медиатора, «падая» неопреде ленные участки постсинаптической мембра ны нейрона, открывают в ней ворота для ионов натрия и калия. Возникает интенсив ный поток ионов, который и вызывает к жизни новый нервный импульс. Сложная «фабрика-переводчик», совер шающая трансформацию электрического сиг нала в химический, функционирует в каждом синапсе, в месте контакта отростка с приле гающей к нему нервной клеткой. Существование химического языка в об щении нервных клеток ставит перед иссле дователями проблему детального изучения химических «букв», из которых слагаются различные сообщения, принимаемые нейро нами. Чтобы знать в подробностях принцип работы нервной клетки, нужно освоить хими ческую азбуку синапсов. Какие медиаторы выделяются в синапсах центральной нервной системы при том или ином воздействии на организм? Как меняется работа нейрона под влиянием различных медиаторов? Ученые настойчиво ищут ответы на эти вопросы, в решении которых заинтересована как теоре тическая, так и практическая медицина. Уже выделено немало медиаторов, изу чен характер их действия на нервные клетки различных животных. В синапсах обнаруже ны такие вещества, как ацетилхолин, норад-реналин, серотонин, глицин, глютамат, гамма аминомасляная кислота и другие. Многие медиаторы получены в настоящее время в виде чистых веществ; и ученые располагают возможностью выяснить особенности их вли яния на работу отдельной нервной клетки с помощью специальных многоканальных элек тродов. Специалисты проводят сравнитель ный анализ ответа клеток на действия меди аторов и других раздражителей. Оказалось, что реакцию нейронов на сиг налы из внешней среды можно усилить или ослабить с помощью различных химических веществ. Выяснилось также, что в опреде ленных зонах коры мозга, в различных под корковых структурах у разных животных нервные клетки отличаются по чувствитель ности и типу реакции в ответ на воздействие разных медиаторов. Более того, определен ную электрическую реакцию клетки можно нейтрализовать с помощью веществ, блоки рующих действие медиатора. Исследовате ли, например, умеют подавлять реакции не которых нервных клеток на вспышки света, подводя к ним атропин. Несмотря на то, что нейроны мозга осуще ствляют одну важную функцию—управле ние работой целого организма, «синоптическая кухня» каждой отдельной нервной клет ки весьма своеобразна. Одна нервная клетка может быть взаимосвязана со множеством синапсов (до 10 тысяч), и каждому из них присущи свои химические превращения, определяющие электрический ответ клетки. Это качественное отличие составляет осно ву химического языка нейронов. Но есть и количественные критерии в оценке характера химической передачи ин формации между нейронами. Медиатор вы деляется в синоптическую щель небольшими порциями — квантами. И количество квантов химического вещества зависит от частоты электрических импульсов, распространя ющихся по отростку нейрона. Небольшое количество медиатора, например, ацетилхолина, вызывает у некоторых клеток учаще ние электрических разрядов. Если же количество ацетилхолина увеличивается, то та же самая клетка отвечает уменьшением чис ла импульсов. Итак, электрический «разговор» нейро нов— это результат действия химических «букв» — молекул различных медиаторов на рецепторы постсинаптической мембраны нервных клеток. Определенный тип реакции нейрона на разные по своему значению сигналы обусловлен работой определенного типа рецепторов. А режим электрической активности клеток определяется химической природой медиатора. Исследование своеобразия химических реакций, протекающих в синапсах, преследу ет не только сугубо научную, познаватель ную цель. Выяснение особенностей синоптической передачи информации нервными клетками поможет понять механизм дей ствия многих фармакологических веществ, а значит, наметить, в частности, дальнейшие пути совершенствования эффективности воздействия лекарственных препаратов на центральную нервную систему. НЕЙРОН Трудно представить себе орган более сложный, чем головной мозг человека. Однако мозговая ткань, как и любая другая, соткана из клеток. Правда, совершенно особых, нервных клеток, или нейронов. Именно с их работой связано все многообразие наших мыс лей, чувств, действий, именно они обеспечивают регуляцию всех процес сов жизнедеятельности организма. Как у любой клетки, у нейрона есть тело, заключенное в оболочку — на ружную мембрану. Если рассматри вать его под электронным микроско пом, то примерно в центре клетки можно увидеть темное пятно округлой формы — ядро, генетический аппарат нейрона. А цитоплазма клетки «на фарширована» различными органеллами. Одна из важнейших—грануляр ный эндоплазматический ретикулум. Это своеобразная фабрика, где синте зируются различные белки, в том числе нейроспецифические. Но есть у нейрона и свои, характер ные только для нервной клетки обра зования, имеющие непосредственное отношение к его функции. Ведь глав ная задача нейрона получить ин формацию, «осмыслить» ее и передать дальше. Для этого нейрон снабжен многочисленными дендритами, по ко торым различная информация посту пает в клетку, и одним-единственным аксоном: по нему обработанная инфор мация покидает нейрон, передаваясь дальше по нервной цепочке. На неко тором расстоянии от тела клетки ак сон начинает ветвиться, посылая свои отростки к другим нервным клеткам, а также к их дендритам. Каждый такой отросток оканчивается особым утол щением—синоптической бляшкой, за полненной пузырьками, в которых хра нятся различные химические веще ства— медиаторы. Без них было бы практически невозможно общение между нейронами, ведь язык моз га— это язык импульсов, не только электрических, но и химических. Нервные импульсы, покидающие нейрон и передающиеся по аксону, представляют собой специфические электрические сигналы. Сам же аксон можно сравнить с электрическим про водом, центральная часть которого образована нервными волокнами и сверху покрыта особой изоля цией— миелиновой оболочкой. Она обеспечивает высокую скорость проведения электрических импульсов по нервному волокну, изолируя его от электрохимических влияний других нервных волокон. Электрический импульс, добежав по аксону до синоптической бляшки, запускает здесь химические реакции, в результате которых высвобождают ся и выбрасываются в синоптическую щель (микро пространство, разделя ющее две мембраны: синоптическую и постсинаптическую) медиаторы. Моле кулы медиатора взаимодействуют с рецепторами, встроенными в постси наптическую мембрану, благодаря че му в клетке открываются каналы для ионов калия и натрия. Возникший ин тенсивный поток ионов приводит нерв ную клетку в состояние возбуждения, рождает в ней электрический импульс, который передается следующему ней рону и так далее. Однако этот процесс не бесконечен. Если бы возбуждение начало распро страняться по всем каналам межней ронных связей, подобная цепная реак ция неизбежно привела бы к дезорга низации работы мозга и даже гибели организма. Этого не происходит благо даря тому, что наряду с возбуждением существует торможение. Специалисты настойчиво пытаются понять природу торможения, ведь роль тормозных им пульсов в работе головного мозга так же важна, как и возбуждающих. Когда нарушаются процессы торможения и нейроны начинают «разговаривать» одновременно и безостановочно, это становится причиной развития тех или иных психических расстройств. Изучая сложные механизмы пере дачи нервных импульсов, специалисты установили, что число ветвлений отро стков нейрона меняется на протяже нии жизни, благодаря чему и происхо дят рост и развитие головного мозга. Ведь зрелая нервная клетка не спо собна к делению и воспроизведению себе подобных. Те 10—14 миллиардов нейронов (по данным разных авторов), которые формируются к моменту рож дения ребенка, затем не увеличивают ся ни на одну единицу. А вот число дендритов, так же как и ветвлений аксона, постоянно меняется. Особенно интенсивный рост этих элементов на блюдается в первые пять—семь лет жизни ребенка. Соответственно ра стет и число синоптических связей нейронов; по наблюдениям специали стов, до 80% поверхности нервной клетки может быть покрыто синап сами. В последние годы ученым удалось узнать много нового об организации межнейронных связей. В частности, они обнаружили, что количество си напсов, свидетельствующих о количе стве связей нейрона, у разных нервных клеток сильно варьирует. Еще не так давно считалось, что синоптическая связь существует толь ко между аксоном и его ветвлениями одного нейрона и телом или дендритами другого. С помощью электронного микроскопа исследователи обнаружи ли контакты между аксонами двух нейронов, даже между их телами. Установлена также динамичность синоптических связей: одни из них спо собны исчезать, другие—возникать. И здесь очень важное значение имеет та функциональная нагрузка, которую по лучают либо, напротив, не получают нейроны. Когда здоровых эксперименталь ных животных с момента рождения содержали в абсолютной темноте, у них не развивались синоптические связи тех нейронов зрительного центра головного мозга, которые вос принимают и обрабатывают только световую информацию (так называ емые моно сенсорные нейроны). В ре зультате, несмотря на то, что все другие элементы органа зрения, в том числе зрачок, сетчатая оболочка гла за, нервные проводящие пути, у них были сохранны, животные оставались слепыми. Чем меньше был срок содер жания животных в темноте, тем легче и в большей степени удавалось восста новить у них функцию моно сенсорных нейронов и вернуть им зрение. Подоб ные эксперименты проводились и с нейронами слуховых центров — ре зультаты оказались сходными. Эксперименты еще раз убеждают в том, что нейроны всех центров голов ного мозга — зрительных, слуховых, двигательных и других—для нормаль ного своего развития нуждаются в притоке информации, в адекватной функциональной нагрузке. Лишь в этом случае формируются многосто ронние межнейронные связи, в значи тельной степени определяющие на дежность и пластичность всех меха низмов центральной нервной системы, включая механизмы адаптации, обуче ния, запоминания.
| |
|
| |
Самое популярное: