Нейроглия. Виды глиальных клеток. Функциональная роль нейроглии

клетки-сателлиты –  инкапсулируют нейроны ганглиев спинальных и черепных нервов, регулируя микросреду вокруг этих нейронов аналогично тому, как это делают астроциты.

 

Клетки микроглии локализованы и в сером, и в белом веществе, но в сером веществе их больше. От каждого конца маленького продолговатого тела клетки, содержащей лизосомы и хорошо развитый аппарат Гольджи, отходит по толстому отростку. От всех его ветвей отходят более мелкие боковые веточки. При повреждении мозга эти клетки превращаются в фагоциты и, перемещаясь при помощи амебоидного движения, противостоят вторжению чужеродных частиц.

Клетки микроглии являются глиальными макрофагами и выполняют защитную функцию, принимая участие в разнообразных  реакциях в ответ на повреждающие факторы. При этом клетки микроглии  сначала увеличиваются в объеме, затем митотически делятся. Измененные при раздражении клетки микроглии называются зернистыми шарами.

 

Глиальные клетки окружают нервные  клетки и в некоторых местах тесно  соприкасаются с ними. Число глиальных  клеток в нервной системе примерно на порядок больше числа нейронов. Особую роль глиальные клетки играют в формировании так называемых миелиновых оболочек аксонов. Миелиновые оболочки формируются у позвоночных в ЦНС за счет отростков олигодендроцитов, а на периферии – за счет так называемых шванновских клеток. Эти клетки окутывают аксоны многослойными миелиновыми «муфтами» так, что большая часть аксона оказывается покрытой ими, а открытыми остаются узкие участки между муфтами – перехваты Ранвье. Последние у таких волокон имеют особое функциональное значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       3.Функции глиальных клеток

 

С начала ХIХ века было сформулировано несколько гипотез  о функциях глиальных клеток. Эти  гипотезы используются и в настоящее  время.

 

Опорная функция нейроглии.

Опорная функция глии стала признаваться с работ Вирхова (1850). Он считал, что клетки нейроглии находятся между нейронами, составляя часть структуры мозга, обеспечивая физическую опору нейронов. При этом глиальные клетки не обязательно скрепляют структуры мозга между собой.

 

Изолирующая функция. Экспериментально была подтверждена роль глиальных клеток в качестве пространственного барьера  для распространения калия и  медиаторов.

 

Поглощение медиаторов. Радиографическими методами было установлено, что в ряде периферических образований нервной системы у млекопитающих, а также в нервно-мышечных соединениях ракообразных глиальные клетки способны поглощать ГАМК.

 

Секреторная функция. К  настоящему времени показана секреция нейромедиаторов из глии, в частности  из шванновских клеток. Шваннов-ские клетки выделяли ацетилхолин в хронически денервированных ске-летных мышцах и усиленно освобождали ГАМК в симпатических и спи-нальных ганглиях в условиях повышения концентрации калия в наружной среде. Пока еще не выяснили возможность секреции ими в нормальных условиях.

 

Участие в регенерации. В отличие от нейронов, глиальные  клетки сохраняют способность к  делению в течение всей жизни. Когда нейроны исчезают в результате старения или после повреждения, клетки глии де-лятся и занимают освободившееся место. Кроме того, эти клетки участвуют в образовании рубцовой ткани и обладают фагоцитарной активностью. В процессе регенерации периферические аксоны способны прорас-тать в направлении иннервируемого органа по пути, обозначенному оставшимися там шванновскими клетками. На основании этого допускают, что есть химическое сродство, которое направляет регенерирующий аксон к месту его назначения. Некоторым подтверждением этого может служить факт обнаружения в глиальных опухолях фактора роста нервной ткани – белка, вызывающего рост клеток симпатических и спинальных ганглиев, а также появление у них новых отростков.

 

Участие глиальных клеток в онтогенезе мозга. Неоднократно выдвигалось  предположение о роли глиальных  клеток в процессе роста нейронов и формировании их связей. Экспериментально было показано, что в процессе развития мозга нейроны перемещаются вдоль отростков глиальных клеток. Тесная связь между этими двумя типами клеток позволяет предполагать, что глиальные клетки обеспечивают первоначальный каркас для последующего формирования нейрональных структур. Из-за недостаточной изученности проблемы широкие обобщения по этому вопросу пока преждевременны. Непонятна и роль глиальных клеток в формировании синапсов. В целом ряде экспериментов показана возможность формирования синапсов без присутствия в них клеток глии.

 

Трофическая функция  глиальных клеток. Несмотря на привлекательность  идеи о снабжении питательными веществами нейронов клетками глии, она не имеет  до сих пор прямого экспериментального подтверждения. Экспериментально подтверждена гипотеза о необходимости глиальных клеток для синтеза медиаторов в опытах на культуре диссоциированных нервных клеток симпатических и спинальных ганглиев. В отсутствие клеток-сателлитов нейроны обратимо утрачивали способность к синтезу ацетилхолина. Этот эффект не является специфическим. Например, фибробласты аналогичным образом влияют на содержание медиаторов в нейронах.

 

 

 

                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                               4. Взаимодействие глии и нейронов

 

Между нейронами и  глиальными клетками существуют сообщающиеся между собой щели размером 15-20 нм, так называемое интерстициальное пространство, занимающее 12-14% общего объема мозга.

 

Во время потенциала действия концентрация ионов калия в интерстициальном пространстве может возрастать от 3-4 ммоль/л до 10 ммоль/л, что может вызвать значительную деполяризацию нервных клеток. В результате же активного транспорта ионов калия его внеклеточная концентрация может стать ниже нормальной, что вызывает гиперполяризацию нервных клеток.

 

Глиальные клетки имеют высокую  проницаемость для ионов калия. Когда несколько глиальных клеток деполяризуются вследствие местного повышения  концентрации ионов калия, между  деполяризованными и недеполяризованными клетками возникает ток, создающий вход ионам калия в деполяризованные глиальные клетки, в результате чего внеклеточная концентрация ионов калия уменьшается. Благодаря высокой проницаемости глиальных клеток для ионов калия и электрическим связям между ними глиальные клетки действуют как буфер в случае повышения внеклеточной концентрации калия.

 

Миелин и глиальные клетки. Многие аксоны покрыты миелиновой оболочкой, которая образована многократно  закрученной мембраной глиальных  клеток (шванновскими клетками). Миелин состоит преимущественно из липидов, что и придает характерный вид белому веществу головного и спинного мозга. Благодаря миелиновой оболочке скорость проведения потенциала действия по аксону увеличивается, так как ионы могут перемещаться через мембрану аксона лишь в местах, не покрытых миелином, – перехватах Ранвье. Между перехватами импульсы проводятся по миелиновой оболочке как по электрическому кабелю. Поскольку открытие канала и прохождение по нему ионов занимает какое-то время, устранение постоянного открывания каналов и ограничение их сферы действия небольшими зонами мембраны, не покрытыми миелином, ускоряет проведение импульсов по аксону примерно в 10 раз.

 

Только часть глиальных клеток участвует в формировании миелиновой оболочки нервов (шванновские клетки) или нервных трактов (олигодендроциты). Гораздо более многочисленные глиальные клетки (астроциты, микроглиоциты) выполняют иные функции: образуют несущий каркас нервной ткани, обеспечивают ее метаболические потребности и восстановление после травм и инфекций. Астроциты находятся вокруг нейронов, обеспечивая их механическую защиту, и, кроме того, доставляют в нейрон питательные вещества и убирают шлаки. Клетки глии обеспечивают также изоляцию одних нейронов от воздействия других. Мембрана состоит обычно из двух слоев белка, между которыми расположен слой липидов. В такую мембрану встроены разнообразные частицы. Одни из них являются частицами белка и пронизывают мембрану насквозь (интегральные белки), образуя места прохождения для ряда ионов: натрия, калия, кальция, хлора. Это, так называемые, ионные каналы. Другие частицы прикреплены на внешней поверхности мембраны и состоят не только из молекул белка, но и из полисахаридов. Это рецепторы для молекул биологически активных веществ, например медиаторов, гормонов и др.

 

   5. О передаче метаболических сигналов в системе нейрон – нейроглия

        (Н. Г. Алексидзе Тбилисский гос. Университет, Тбилиси, СССР)

Гипотеза А. И. Ройтбака об участии глиальных клеток в замыкании временных межнейрональных контактов стимулировала исследования по биохимии нейронно – нейроглиальных взаимоотношений В настоящее время всеми признается что нейрон-нейроглия является функциональной единой системой, однако материальная сущность передатчиков сигнала от нейрона на клетки глии и многие вопросы, связанные с его реализацией в метаболические процессы, остаются открытыми.

Было высказано предположение, что биохимический цикл глиального обеспечения функции нейронов осуществляется путем обратной метаболической связи при непосредственном участии в качестве передатчиков сигнала нейромедиаторов, К+, аммиака и др. соединений. Предпосылки для такого заключения имелись как в нейрохимической, так и в физиологической литературе, но требовалось коррелятивное сопоставление физико-химического состоя мембран глии с биохимическими процессами в них в условиях моделирования возбуждающего и тормозного состояния нейрон – нейроглиального комплекса.

Исходя из вышесказанного мы предприняли  исследование участия К⁺, нейромедиаторов и аммиака в передаче метаболических сигналов от нейрона на клетки нейроглии в условиях их целостного состояния, на уровне изолированных единичных нейронов и глиального скопления или же обогащенных нейронами и глиальными клетками фракций.

МЕТОДИКА.

Объектом исследования служили беспородные белые крысы и кролики. Нейроны и глиальные клетки выделяли из срезов головного мозга кроликов методом Хидена, обогащенные нейронами и глиальными клетками фракции — из коры больших полушарий крыс и кроликов по прописи Роуза в модификации. Скорость поглощения кислорода изолированными нейронами в глиальными клетками измеряли методом поплавка в модификации Хидена и Пигона, в опытах с обогащенными фракциями был использован полярографический метод определения дыхания.

 

                                                 Результаты.

          Влияние К+ на скорость потребления клетками глии и нейронов.

Впервые, об особой чувствительности глиальных клеток к К+ указал Куффлер  с сотрудниками. Позже этот вывод был обоснован  биохимически датским ученым Хертцом. Однако анализ его результатов был затруднен, так как изолированные нейроны были получены в основном из коры головного мозга кошек, а скопления глии - из коры мозга крыс.

Кроме того, имелись определенные недостатки и в методике исследования. После разработки метода дубль поплавка удалось показать стимулирующее влияние К+ на дыхание клеток глии вестибулярного ядра Дейтерса, а нейроны, даже в специальных опытах с предварительно измененным содержанием К+ в инкубационной среде от 5мМ до 60мМ, не обнаруживали существенных различий в скорости поглощения кислорода.

 

В опытах с обогащенными нейронами  и глиальными клетками фракциями  при избытке К+ Бредфорд и Роуз наблюдали примерно равное усиление их  дыхания, а согласно данным Хультборна и Хидена скорость поглощения кислорода изолированными нейрональными клетками возрастала примерно в 2 раза. Вотличии от результатов Бретфорда и Роуза, работая с фракциями обогащенными нейронами и глиальными клетками, Халиаме и Хамбергер подтвердили результаты Хертца и наши об особой чувствительности клеток глии к К+. В связи с такими разногласиями о действии К⁺ на нервные клетки, мы провели анализ экспериментальных условий описанных выше опытов. Как выяснилось, при получении обогащенных нейронами и глиальными клетками фракций в градиенте фикола и сахарозы в среде Роуза концентрация, К+ была 100 мМ, а в среде Хамбергера, Хертца и нашей, концентрация К⁺ не превышала 5 мМ. Из данных литературы известно, что повышение концентрации К⁺ до 100 мМ и выше вызывает моментальное и обычно необратимое изменение цитоплазмы глиальных клеток и ее сморщивание. Высокие концентрации К⁺ в среде культивирования нервных клеток вызывали увеличение объема глиальных клеток и уменьшение содержания в них сухого остатка. В нейронах такие изменения не были найдены. Следовательно, можно было предположить, что низкая чувствительность глиальных клеток к К⁺ в опытах Брэдфорда и Роуза в условиях повышенного содержания К⁺ в среде их выделения обусловлена предварительной деполяризацией и сенсибилизацией мембран глии. Это было доказано экспериментально.

При замене К⁺ ионами натрия в среде выделения нервных клеток резко возрастает чувствительность обогащенных глиальными клетками фракций к К+ усиление дыхания, по отношению к контролю (1,5 мМ К+), составило примерно 90%. Таким образом, была выяснена причина разногласия относительно чувствительности нервных клеток к К+ и высказано предположение об участии К⁺ в передаче метаболического сигнала от нейрона на клетки нейроглии.

Ацетилхолин как  передатчик метаболического сигнала в системе нейрон-нейроглия.

При изучении возможной роли ацетилхолина (АХ) в качестве передатчика метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе мы исходили из следующих фактов 1) ацетилхолин освобождается при возбуждении и вызывает сдвиги в мембранной активности глии;