Нервная ткань

Что такое нервная ткань и зачем она нужна? Если смотреть на организм как на огромную информационную сеть, то нервная ткань- это кабели, маршрутизаторы и серверы одновременно. Её главная особенность в том, что она умеет возбуждаться в ответ на стимулы и передавать сигналы с огромной скоростью. Вся наша способность чувствовать запах кофе, отдёргивать руку от горячего, помнить лица или узнавать интонацию голоса строится именно на работе этой ткани.

По сути, нервная ткань занята четырьмя базовыми вещами:

Улавливает раздражения извне и от внутренних органов (сенсорная роль);
Сортирует, анализирует и накапливает полученное (интегративная роль);
Отдаёт команды мышцам или железам (эффекторная, или двигательная, роль);
Обслуживает саму себя — питает нейроны, защищает их, вычищает мусор (трофическая и барьерная роль).

Клеток здесь два типа. Одни — нейроны, ради которых всё и затевалось: они гоняют импульсы. Другие — глия, которую долго считали чем-то вроде упаковочного материала, хотя на самом деле без неё нейроны просто не выжили бы.

Нейрон: как устроена главная клетка

Нейрон не похож ни на одну другую клетку тела. Он перестал делиться (за единичными исключениями) и приобрёл форму, заточенную под приём и передачу сигналов. Размеры у них разнятся очень сильно: от крошечных зёрен в мозжечке до гигантских пирамид в коре.

Внутренняя архитектура

У каждого нейрона выделяют три части, без которых он не сможет работать.

Тело клетки. Здесь лежит ядро и весь синтетический завод. В цитоплазме есть особенные глыбки — базофильное вещество, или тигроид. Это не что иное, как шероховатая эндоплазматическая сеть, которая непрерывно производит белок. Если тигроид разрушается (например, при отравлении или травме), нейрон замолкает — исчезает база для восстановления.
Дендриты. Короткие, сильно разветвлённые отростки, которые собирают информацию и несут её к телу. Чем больше дендритных веточек, тем больше контактов и, грубо говоря, «входов» у клетки. На мембране дендритов сидят рецепторы к нейромедиаторам — именно сюда приходят химические сообщения от соседей.
Аксон. Единственный длинный отросток, который доставляет сигнал от тела прочь — к следующему нейрону, мышце или железе. Длина может быть смешной, а может достигать метра (как у двигательных клеток спинного мозга, управляющих пальцами ног). Импульс рождается в аксонном холмике, а заканчивается всё терминалями — концевыми веточками, формирующими синапсы.

Какие бывают нейроны

Деление по форме — по количеству отростков — рабочее, но по нему редко запоминают клетки в клинике. Чаще важнее, куда и откуда идёт информация:

Чувствительные (афферентные). Их тела лежат за пределами мозга — в спинномозговых узлах. Один длинный отросток делится Т-образно: периферическая часть идёт от рецептора, центральная заходит в спинной мозг. Именно они сообщают, что на улице холодно или что вы порезались.
Вставочные. Это абсолютное большинство нейронов центральной нервной системы. Они никуда не выходят за пределы мозга и спинного мозга, а только переключают и обрабатывают сигналы. Благодаря им мы можем, например, не просто отреагировать на крик, а понять его смысл.
Двигательные и секреторные (эфферентные). Отправляют приказы к скелетным мышцам, гладкой мускулатуре сосудов или железам. Классический пример — мотонейроны передних рогов спинного мозга.

Глия: невидимый помощник

Глиальных клеток в нервной системе больше, чем нейронов, примерно в 5–10 раз. Они не генерируют потенциалы действия, зато создают среду, в которой нейрон вообще способен функционировать.

Макроглия и её роли

Астроциты. Самые крупные и многочисленные. Своими отростками они охватывают и капилляры, и нейроны, выступая посредниками при доставке глюкозы. Они же регулируют уровень ионов калия вокруг возбуждённых клеток и высасывают из щелей лишний глутамат, не давая ему чрезмерно возбуждать нейроны. Когда ткань повреждается, именно астроциты формируют глиальный рубец. Плюс они — важная часть гематоэнцефалического барьера.
Олигодендроциты и шванновские клетки. Эти отвечают за миелин. В ЦНС олигодендроцит может обмотать изолирующей оболочкой сразу несколько аксонов, в то время как в периферических нервах одна шванновская клетка обслуживает только один участок одного аксона. Миелин резко ускоряет проведение сигнала.
Эпендимоциты. Выстилают желудочки мозга и спинномозговой канал. Участвуют в движении ликвора и его обновлении.

Микроглия: мозговые уборщики

Микроглия имеет мезодермальное происхождение — по сути это резидентные макрофаги мозга. В спокойном состоянии они маленькие, с тонкими ветвящимися отростками и постоянно сканируют окружение. Стоит случиться воспалению или некрозу, как они округляются, активируются и начинают фагоцитировать обломки клеток и чужеродные агенты. Работают быстро и жёстко.

Нервные волокна: кабели разной скорости

Любой аксон, окружённый глиальными оболочками, превращается в волокно. Скорость передачи напрямую зависит от того, есть ли миелин.

Миелиновые волокна проводят импульс скачкообразно — от перехвата Ранвье к перехвату. Это сальтаторное проведение, обеспечивающее скорости от 3 до 120 м/с. Вся соматическая моторика и быстрая сенсорика работают именно на таких волокнах.
Безмиелиновые волокна устроены иначе: несколько аксонов погружаются в шванновскую клетку, но она не закручивает их в многослойную спираль. Импульс здесь ползёт вдоль всей мембраны непрерывно и потому очень медленно — примерно 0,5–3 м/с. Такие волокна типичны для вегетативной нервной системы, иннервации внутренних органов и некоторых болевых путей.

Синапс: щель, в которой рождается решение

Синапс — не просто контакт, а место, где сигнал либо пойдёт дальше, либо заглохнет. Подавляющее большинство синапсов работает на химии, и устроены они по одному принципу.

Ключевые участники:

Пресинаптическое окончание набито пузырьками с медиатором.
Щель шириной порядка 20–50 нм.
Постсинаптическая мембрана усеяна рецепторами.

Когда потенциал действия добирается до окончания, кальциевые каналы открываются, кальций заходит внутрь и запускает слияние пузырьков с мембраной. Медиатор выбрасывается в щель, достигает рецепторов, и в зависимости от того, какой именно канал откроется, в клетку входят ионы натрия (тогда клетка чуть деполяризуется — это возбуждающий постсинаптический потенциал) или ионы хлора (тогда мембрана уходит в гиперполяризацию, и нейрон затормаживается). Остатки медиатора всасываются обратно или разрушаются ферментами.

Исход зависит не столько от количества медиатора, сколько от того, сколько и каких рецепторов выставлено на постсинаптической стороне, а также от суммации множества сигналов, приходящих одновременно.

Как рождается и бежит импульс

В основе всего лежат токи ионов через мембрану. В покое нейрон держит внутри отрицательный заряд около –70 мВ. Этот потенциал покоя поддерживается натрий-калиевым насосом, который постоянно выкачивает три натрия наружу и загоняет два калия внутрь.

Если возбуждающие стимулы раскачают мембрану до порогового уровня, открываются потенциал-зависимые натриевые каналы. Натрий врывается внутрь, заряд временно становится положительным — это деполяризация. Через долю миллисекунды натриевые каналы инактивируются, зато распахиваются калиевые: калий выходит, возвращая мембрану к отрицательному значению, порой даже чуть дальше (следовая гиперполяризация). Так и выглядит потенциал действия — он короткий, около 1–2 мс, и распространяется без затухания. На миелинизированных участках волна просто перепрыгивает от перехвата к перехвату, что экономит время и энергию.

Может ли нервная ткань восстановиться?

Ответ короткий: почти нет, но не всё так безнадёжно. Сами нейроны в массе своей не делятся. Исключения находят в гиппокампе и субвентрикулярной зоне, но это капля в море, которая не способна закрыть значительное повреждение.

В центральной нервной системе регенерация обрывается ещё и потому, что астроциты моментально формируют плотный рубец, мешающий росту аксонов, а олигодендроциты, в отличие от шванновских клеток, не создают направляющих трубок. В периферических же нервах ситуация лучше: шванновские клетки после перерезки волокна выстраивают вдоль прежнего пути тяжи, по которым аксон прорастает примерно со скоростью миллиметр в сутки. Именно поэтому после травм сшивание нервов может вернуть чувствительность и движение, хотя никогда не восстанавливает их полностью.

Эта хрупкая и одновременно удивительная ткань — база всей нашей сознательной и бессознательной жизни. Поломки в любом её звене: демиелинизация при рассеянном склерозе, гибель нейронов при инсульте, дегенерация аксонов при диабетической нейропатии — дают крайне тяжёлые клинические картины именно потому, что восстановить потерянные элементы мозгу чрезвычайно трудно.