1. Строение нервной клетки и нейрона
Строение нервной клетки и нейрона
Представьте себе самую сложную информационную сеть в мире. Она превосходит по эффективности любой современный суперкомпьютер, потребляет энергии меньше, чем тусклая лампочка, и способна обрабатывать миллионы сигналов в долю секунды. Эта сеть — нервная система человека, а её главным строительным блоком, своеобразным «микропроцессором» и «проводом» одновременно, является нейрон.
Нейрон (или нервная клетка) — это узкоспециализированная клетка, главная задача которой заключается в приёме, обработке, хранении и передаче информации с помощью электрических и химических сигналов.
Чтобы понять, как именно рождается и путешествует наша мысль, боль от укола или команда пошевелить пальцем, необходимо детально разобрать анатомию этой удивительной клетки.
Историческая справка: как мы увидели нейрон
Долгое время ученые не могли понять, как устроена нервная ткань. Она казалась сплошной, непрерывной паутиной. Ситуация изменилась в 1873 году, когда итальянский врач Камилло Гольджи изобрел метод окрашивания нервной ткани солями серебра.
Этот метод позволил окрасить лишь небольшой процент клеток целиком, оставляя соседние прозрачными. Впервые человечество увидело нейрон во всей его красе — с длинными отростками и сложной структурой. Позже испанский нейроанатом Сантьяго Рамон-и-Кахаль, используя метод Гольджи, доказал, что нервная система состоит из миллиардов отдельных, не сливающихся друг с другом клеток.
Анатомия нейрона: три главных компонента
Несмотря на огромное разнообразие форм (от звездчатых до пирамидальных), почти каждый нейрон имеет три основные части: тело клетки, принимающие отростки и передающий отросток.
1. Сома (Тело нейрона)
Сома — это жизненный центр клетки. Её диаметр может варьироваться: мкм (микрометров).
Внутри сомы находится ядро, хранящее генетическую информацию (ДНК), и множество органоидов. Нейроны — это клетки с невероятно высоким уровнем обмена веществ. Им нужно постоянно синтезировать белки для создания ионных каналов, ферментов и нейромедиаторов (химических курьеров). Поэтому в соме очень хорошо развит шероховатый эндоплазматический ретикулум (скопления которого исторически называют субстанцией Ниссля) и аппарат Гольджи.
Если сома погибнет, погибнет и весь нейрон. Отростки могут в некоторых случаях восстанавливаться, но тело клетки — незаменимо.
2. Дендриты: антенны клетки
Дендриты (от греческого dendron — дерево) — это короткие, сильно ветвящиеся отростки, отходящие от сомы.
Их главная функция — приём сигналов от других нейронов или рецепторных клеток. Чем больше у нейрона дендритов и чем сильнее они ветвятся, тем больше информации он может получить. На поверхности дендритов часто находятся крошечные выросты — дендритные шипики, которые дополнительно увеличивают площадь контакта с другими клетками.
> Аналогия: Представьте дендриты как спутниковые тарелки или радиоантенны. Они улавливают «сообщения» извне и направляют их к центральному процессору — соме.
3. Аксон: магистральный кабель
Аксон — это длинный отросток, по которому нервный импульс уходит от тела клетки к другим нейронам, мышцам или железам.
В отличие от дендритов, аксон у нейрона всегда только один (хотя на самом конце он может ветвиться). Длина аксона может быть поразительной. Например, аксоны двигательных нейронов, управляющих мышцами стопы, начинаются в спинном мозге и тянутся до самых пальцев ног. У взрослого человека длина такого «провода» может превышать 1 метр!
Особое внимание стоит уделить месту, где аксон отходит от сомы — аксонному холмику. Это не просто анатомическое сужение. Аксонный холмик является «триггерной зоной» (зоной запуска). Именно здесь принимается окончательное решение: накопилось ли достаточно сигналов от дендритов, чтобы запустить полноценный электрический импульс (потенциал действия) и отправить его дальше по аксону.
!Схема строения нейрона — видно, как сигналы собираются на дендритах и уходят по единому аксону
Изоляция провода: миелиновая оболочка
Если бы аксоны были просто голыми мембранными трубками, электрический сигнал затухал бы или передавался слишком медленно. Природа решила эту проблему гениально, создав биологическую изоляцию — миелиновую оболочку.
Миелин — это вещество, состоящее в основном из липидов (жиров). Он не производится самим нейроном. Миелиновую оболочку формируют специальные клетки-помощники (глиальные клетки): шванновские клетки в периферической нервной системе и олигодендроциты в головном и спинном мозге. Эти клетки буквально наматываются вокруг аксона, как изолента вокруг медного провода.
Однако миелиновая оболочка не сплошная. Через равные промежутки (около 1-2 мм) на аксоне остаются оголенные участки мембраны, которые называются перехватами Ранвье.
Зачем нужны эти разрывы в изоляции? Они обеспечивают так называемое сальтаторное (скачкообразное) проведение нервного импульса. Электрический сигнал не течет плавно по всей длине аксона, а мгновенно «перепрыгивает» от одного перехвата Ранвье к другому. Это увеличивает скорость передачи сигнала с 1-2 м/с (в немиелинизированных волокнах) до невероятных 100-120 м/с (около 400 км/ч!).
> Пример: Когда вы случайно дотрагиваетесь до горячей плиты, вы отдергиваете руку мгновенно. Это возможно именно благодаря толстым миелинизированным аксонам, которые доставляют сигнал о боли в мозг и команду к мышцам за доли секунды. Если бы миелина не было, вы бы успели получить серьезный ожог до того, как осознали бы боль.
Синаптические окончания: терминалы связи
Достигнув конца аксона, электрический импульс сталкивается с проблемой: между нейронами есть физический разрыв, пустое пространство. Электричество не может просто перепрыгнуть эту пропасть.
Конец аксона сильно ветвится, образуя синаптические окончания (или терминали). Внутри этих окончаний находятся крошечные пузырьки (везикулы), заполненные химическими веществами — нейромедиаторами.
Когда электрический импульс доходит до синаптического окончания, он заставляет эти пузырьки лопнуть и выбросить нейромедиаторы в щель между клетками. Химические молекулы переплывают щель и связываются с рецепторами на дендритах следующего нейрона. Так электрический сигнал превращается в химический, а затем снова в электрический. Место этого контакта называется синапсом.
Сравнение отростков нейрона
Чтобы лучше структурировать знания, сопоставим характеристики двух типов отростков:
| Характеристика | Дендриты | Аксон | | :--- | :--- | :--- | | Количество у одного нейрона | Обычно много (образуют «дерево») | Всегда только один | | Направление сигнала | К телу клетки (афферентно) | От тела клетки (эфферентно) | | Внешний вид | Короткие, толстые у основания, сильно ветвятся | Длинный, тонкий, ветвится только на самом конце | | Миелиновая оболочка | Отсутствует | Часто присутствует (ускоряет сигнал) |
Клеточная мембрана: подготовка к потенциалу действия
Вся поверхность нейрона (сома, дендриты, аксон) покрыта клеточной мембраной (плазмалеммой). Она состоит из двойного слоя фосфолипидов. Липиды имеют гидрофильные (любящие воду) головки, обращенные наружу, и гидрофобные (боящиеся воды) хвосты, спрятанные внутрь.
Этот липидный барьер не пропускает заряженные частицы (ионы), такие как натрий (), калий () или хлор (). Но именно движение этих ионов создает электрический ток в нервной системе!
Как же ионы проникают внутрь? В мембрану встроены специальные белковые молекулы — ионные каналы и ионные насосы. Они работают как контролируемые ворота и шлюзы. В состоянии покоя одни ворота открыты, а другие закрыты, что создает разность электрических потенциалов между внутренней и наружной стороной мембраны.
Именно работа этих мембранных белков лежит в основе создания мембранного потенциала покоя и генерации потенциала действия, которые мы подробно разберем в следующих статьях курса.