Kalbėdami apie žmogaus smegenis, paprastai manome, kad jas sudaro neuronai, lemiantys mūsų mąstymą ir intelektą , tačiau tai tiesa tik iš dalies.
Žmogaus smegenys sudarytos iš daugiau nei 80.000 milijardų neuronų , tačiau šis skaičius sudaro tik apie 15% viso ląstelių skaičiaus organuose, kurie jas sudaro.
Nervų sistemos ląstelės ir jų funkcijos žmogaus organizme
Kitus 85 % sudaro kitos mikroskopinės ląstelės, vadinamos glijos ląstelėmis , kurios yra atsakingos už medžiagos, vadinamos glija, kuri tęsiasi iki kiekvieno nervų sistemos kampo, formavimąsi.
Glijos ląstelės, dar žinomos kaip neuroglija arba tiesiog glija, tiesiogiai nedalyvauja sinapsiniuose ryšiuose, kaip neuronai, tačiau tinkamas jų veikimas leidžia signalams tarp neuronų perduoti efektyviai ir patikimai. Kitaip tariant, jos veikia kaip „nervų klijai“, kuriais remiasi neuroniniai tinklai.
Glijos ląstelės yra atsakingos už pagalbą neuronams perduodant elektrocheminius impulsus visoje nervų sistemoje. Šios ląstelės aprūpina maistinėmis medžiagomis , palaiko struktūrą , pagreitina neuronų laidumą, taiso pažeidimus ir tiekia energiją neuronams , be to, reguliuoja supančią cheminę aplinką (jonus, gliukozę, aminorūgštis ir kt.).
Tarp pagrindinių medžiagų, kurias glijos ląstelės padeda transportuoti arba reguliuoti, yra gliukozė (pagrindinis smegenų energijos šaltinis), įvairios aminorūgštys, dalyvaujančios neurotransmiterių sintezėje, ir skirtingi jonai (pvz., natris, kalis arba kalcis), būtini neuronų jaudrumui.
Tarp šių daugelio glijos ląstelių, randamų smegenyse, vadinamieji oligodendrocitai yra ypač svarbūs dėl jų gebėjimo sudaryti mielino dangalus, kurie apsaugo centrinės nervų sistemos aksonus.
- Mielinas yra izoliuojantis lipoproteinas Tai leidžia sustiprinti veikimo potencialą laike ir atstume. Tai apsaugo aksoną nuo elektrinio impulso, todėl jo reakcija tampa greitesnė. maršrutu ir neleidžia jam plisti per neuronų membraną. Mielino dėka vadinamasis druskos laidumasImpulsas „šokinėja“ iš vieno Ranvier mazgo į kitą, o tai labai padidina perdavimo greitį.
- Oligodendrocitai, Švano ląstelės, astrocitai ir mikroglia Tai yra keturi svarbiausi glijos ląstelių tipai. Kartu jie palaiko, maitina, saugo ir reguliuoja neuronus.
Schwanno ląstelės
Tai vienintelės glijos ląstelės, randamos nervuose, einančiuose po visą kūną, t. y. periferinėje nervų sistemoje (PNS) . Tai mikroskopinis apvalkalas, turintis „perlo“ išvaizdą, sudarytas iš mielino , kuris supa periferinius aksonus.
Kiekviena Švano ląstelė savo citoplazma apvynioja vieną aksoną, sukurdama mielino apvalkalo segmentą. Skirtingai nuo oligodendrocitų, kurie vienu metu gali mielinizuoti dešimtis centrinės nervų sistemos aksonų , Švano ląstelės yra atsakingos tik už vieną aksoną , o tai yra pagrindinis struktūrinis ir funkcinis skirtumas tarp CNS ir PNS.
Jie geba išskirti „nervų augimo faktorių“ (NGF) – molekulę, kuri skatina neuronų augimą vystymosi metu ir dalyvauja atstatymo procesuose po periferinio nervo pažeidimo.
Švano ląstelės aktyviai dalyvauja periferinių nervų regeneracijoje . Kai nervas pažeidžiamas, šios ląstelės padeda pašalinti mielino liekanas ir pažeistus aksonus (bendradarbiaudamos su makrofagais) ir sudaro audinių „tunelius“, vadinamus Büngnerio juostomis, kurie nukreipia naujų aksonų augimą į jų paskirties vietą.
Todėl Schwanno ląstelės yra atsakingos už mielino susidarymą periferinėje nervų sistemoje , nervų struktūros palaikymą ir periferinės funkcijos palaikymą bei atkūrimą.
Astrocitai
Tai ląstelės, esančios šalia neuronų, žvaigždės formos ir didesnės, palyginti su neuronais; jos yra centrinėje nervų sistemoje (CNS) ir palei regos nervą.
Astrocitai yra savotiški „kareiviai“, sudarantys kraujo ir smegenų barjerą (HEB) – centrinės nervų sistemos (CNS) apsauginę membraną, kurios funkcija – neleisti kraujui tiesiogiai į jį tekėti. Tai neleidžia nekontroliuojamai patekti toksinams, patogenams ir potencialiai kenksmingoms molekulėms.
Astrocitai yra atsakingi už filtravimą to, kas gali ir ko negali patekti į centrinę nervų sistemą (CNS ). Jie leidžia patekti deguoniui ir gliukozei – pagrindiniam neuronų „kurui“ – ir padeda pašalinti medžiagų apykaitos atliekas. Be to, jie reguliuoja jonų koncentraciją tarpląstelinėje erdvėje, moduliuoja sinapsinį aktyvumą ir prisideda prie tokių neurotransmiterių kaip glutamatas perdirbimo.
Kartu su oligodendrocitais astrocitai sudaro vadinamąją makrogliją – didesnių glijos ląstelių grupę, atliekančią esmines neuronų tinklo struktūrines ir metabolines funkcijas.
Microglia
Ši ląstelių grupė sudaro smegenų imuninės sistemos pagrindą . Kadangi kraujo ir smegenų barjeras neleidžia ląstelėms laisvai praeiti iš periferinės imuninės sistemos, smegenys turi savo gynybos sistemą, o šios ląstelės yra jos apsauginiai kariai.
Pagrindinė šių ląstelių funkcija yra ginti ir atkurti smegenis nuo pažeidimų, kuriuos sukelia įsiveržę mikroorganizmai, ląstelių šiukšlės ir įvairios ligos.
Mikroglijos nuolat skenuoja centrinę nervų sistemą, ieškodamos pažeistų plokštelių, pakitusių neuronų ir infekcinių agentų . Jos yra labai jautrios aplinkai ir geba aptikti net mažiausius smegenų audinio biologinės sudėties pokyčius.
Šios ląstelės suranda ir neutralizuoja bet kokias apnašas, deoksiribonukleino rūgšties (DNR) fragmentus , neuronų raizginius, negyvas ląsteles, pažeistas ląsteles ir svetimkūnius. Dėl šios priežasties jas galima laikyti smegenų „šeimynininkėmis“ , atsakingomis už ląstelių šiukšlių valymą ir potencialiai toksiškų elementų pašalinimą.
Oligodendrocitai išsamiai
Oligodendrocitai yra glijos ląstelių tipas, randamas tik centrinėje nervų sistemoje , konkrečiai smegenyse ir nugaros smegenyse. Jų pagrindinė savybė yra ta, kad jie sudaro mielino apvalkalus , kurie supa neuronų aksonus CNS.
Jie turi daug tęsinių, kurie apvynioja kelių neuronų aksonus, todėl vienas oligodendrocitas gali mielinizuoti daugybę aksonų vienu metu , skirtingai nei Schwanno ląstelės.
Mielino dangalai, susidarantys aplink neuronų aksonus, izoliuoja nervines skaidulas ir padidina elektrocheminių impulsų perdavimo greitį . Dėl šios struktūros veikimo potencialai gali greitai sklisti dideliais atstumais neprarasdami intensyvumo.
Kai kuriuose aksonuose mielino apvalkalai nesudaro ištisinio dangalo, bet yra pertraukiami reguliariais intervalais, sudarydami vadinamuosius Ranvier mazgus . Šie maži tarpai be mielino leidžia vykti druskos laidumui: impulsas regeneruojamas kiekviename mazge, dar labiau pagreitindamas signalo sklidimą.
Mielinizacija prasideda gimdoje: ji prasideda maždaug 16-ąją nėštumo savaitę nugaros smegenyse ir progresuoja po gimimo, kol vaikas pradeda vaikščioti ir daugelis pagrindinių nervinių skaidulų yra mielinuotos. Mielinas toliau formuojasi ir tobulėja vaikystėje, paauglystėje ir net suaugus, o tai yra susiję su sudėtingų kognityvinių įgūdžių ir smegenų plastiškumo raida.
Net ir suaugus, oligodendrocitai toliau gaminami iš specializuotų pirmtakų ląstelių (oligodendrocitų pirmtakų ląstelių arba OPC). Šie pirmtakai gali diferencijuotis į subrendusius oligodendrocitus, gebančius formuoti naują mieliną arba atkurti demielinizuotas sritis po traumos ar ligos.
Vystymosi požiūriu, oligodendrocitai susidaro specifiniuose regionuose netoli smegenų skilvelių ir nervinio vamzdelio, iš kur jie migruoja į galutinę savo vietą baltojoje ir pilkojoje medžiagoje. Šios kelionės metu jie pereina kelis etapus: pirmtakines ląsteles , nesubrendusius oligodendrocitus ir visiškai diferencijuotus mieliną formuojančius oligodendrocitus.
Oligodendrocitų tipai
Oligodendrocitus galima klasifikuoti pirmiausia pagal jų funkcijas, nors struktūriškai ir molekuliškai jie yra labai panašūs. Yra du pagrindiniai tipai: tarpląsteliniai ir palydoviniai . Be to, progenitoriniai oligodendrocitai yra pripažįstami kaip pagrindinė ląstelių populiacija CNS atstatymui ir plastiškumui.
- Los interfascikuliniai oligodendrocitai Jie yra tie, kurie atsakingi už mielino apvalkalų susidarymas ir jie sudaro smegenų baltosios medžiagos dalį. Jie yra „klasikinis“ oligodendrocitų tipas, kuris tiriamas aptariant mielinaciją.
- Los palydoviniai oligodendrocitai Jie sudaro pilkosios medžiagos dalį, jie nėra mielino gamintojaiJie neprilimpa prie neuronų, nesudarydami apvalkalų, ir neatlieka elektros izoliatorių vaidmens. Jų funkcijos nėra iki galo suprantamos, nors manoma, kad jie dalyvauja tarpląstelinės cheminės pusiausvyros palaikymas ir sinapsių aplinkos reguliavime.
- Los oligodendrocitų progenitorinės ląstelės (OP) Jos laikomos subrendusių oligodendrocitų „kamieninėmis ląstelėmis“. Jos geba dalytis ir diferenciuotis, kad susidarytų naujos mielinizuojančios ląstelės, ypač po traumų ar demielinizacijos procesų. Jų vaidmuo yra esminis mielino regeneracija ir remontas centrinėje nervų sistemoje.
Oligodendrocitų funkcijos
Kadangi tikslios palydovinių oligodendrocitų funkcijos nežinomos, aprašysime tik tarpląstelinių oligodendrocitų funkcijas ir bendrąsias funkcijas, kurias CNS atlieka oligodendrocitų rinkinys ir jų pirmtakai.
Neuroninio perdavimo pagreitis
Kai aksonai yra mielinizuoti, veikimo potencialų greitis padidėja. Aksonuose su mielino apvalkalais, atskirtuose Ranvier mazgais, elektrinis impulsas nekeliauja nuolat, o „šokinėja“ iš mazgo į mazgą. Tai leidžia signalui sklisti daug greičiau nei nemielinuotose skaidulose.
Tinkamą hormonų ir raumenų sistemų funkcionavimą pagerina tinkamas nervinio laidumo greitis. Motorinė koordinacija, refleksai, jutiminis suvokimas ir didelė dalis kognityvinės veiklos priklauso nuo šio laidumo tikslumo ir greičio.
Intelektas taip pat buvo siejamas su mielino vientisumu ir kiekiu tam tikrose smegenų srityse. Tyrimai nustatė teigiamą koreliaciją tarp mielino tankio baltojoje medžiagoje ir kognityvinių užduočių atlikimo rezultatų, o tai rodo, kad oligodendrocitai netiesiogiai prisideda prie tokių gebėjimų kaip mokymasis ir samprotavimas.
Ląstelių membranos izoliacija
Neuronų aksonų izoliacija nuo išorinės ląstelės aplinkos neleidžia jonams prasiskverbti pro ląstelės membraną. Mielinas veikia kaip izoliacinė danga, panaši į plastiką, dengiantį elektros laidus, apsauganti nuo trumpųjų jungimų ir signalo praradimo.
Dėl šios izoliacijos oligodendrocitai užtikrina, kad jonų (ypač natrio ir kalio ) mainai būtų sutelkti labai specifiniuose regionuose, Ranvier mazguose, kur regeneruojami veikimo potencialai. Dėl to perdavimas tampa efektyvesnis ir neuronui reikia mažiau energijos .
Nervų sistemos struktūrizavimas
Kadangi neuronai negali patys atlikti savo funkcijos , glijos ląstelės, o ypač tarpląsteliniai oligodendrocitai, yra atsakingos už neuronų tinklinės struktūros palaikymą . Jos teikia fizinę atramą, kuri palaiko baltosios medžiagos skaidulų traktus tvarkingus ir prisideda prie trimatės smegenų architektūros.
Be to, mielino pasiskirstymas iš dalies apibrėžia nervų sistemos baltosios ir pilkosios medžiagos regionus. Baltojoje medžiagoje gausu mielinuotų aksonų, o pilkojoje medžiagoje daugiausia yra neuronų somos (ląstelių kūnai) ir sinapsės. Be oligodendrocitų ši anatominė organizacija būtų radikaliai pakitusi.
Parama neuronų vystymuisi ir išlikimui
Oligodendrocitai yra baltymų ir neurotrofinių faktorių gamintojai , kurie, sąveikaudami su neuronais, palaiko jų aktyvumą ir taip užkerta kelią programuotai ląstelių mirčiai (apoptozei).
Šie veiksniai apima molekules, kurios skatina neuronų diferenciaciją , reguliuoja aksonų ir dendritų augimą ir skatina neuroninių grandinių brendimą vystymosi metu. Jie taip pat reaguoja į neuronų elektrinį aktyvumą modifikuodami mieliną pagal naudojimą, tiesiogiai susiedami oligodendrocitus su sinapsiniu plastiškumu ir mokymusi.
Tarpląstelinė skysčių homeostazė
Nors palydoviniai oligodendrocitai neturi aiškiai apibrėžtos funkcijos, jie laikomi svarbiais palaikant netoliese esančių neuronų išorinės aplinkos homeostatinę pusiausvyrą . Jie padeda reguliuoti jonų, vandens ir metabolitų koncentraciją pilkojoje medžiagoje, prisidėdami prie stabilios sinapsinio perdavimo aplinkos.
Savo ruožtu, progenitoriniai oligodendrocitai leidžia smegenims turėti ląstelių rezervą, galintį pakeisti pažeistus oligodendrocitus ir remielinizuoti aksonus po traumos, o tai yra labai svarbu norint išlaikyti ilgalaikį centrinės nervų sistemos funkcionalumą.
Ryšys tarp neuronų ir mielinizuojančių glijos ląstelių
Ilgą laiką manyta, kad neuronai yra vienintelės ląstelės, aktyviai atliekančios informacijos apdorojimą. Tačiau daugėja įrodymų, kad glijos ląstelės, ypač oligodendrocitai ir Švano ląstelės , dalyvauja sudėtingame dvikrypčiame komunikacijos tinkle su aksonais, kuriuos jos mielinuoja.
Neuronų aktyvumas išskiria cheminius pasiuntinius ne tik klasikinėse sinapsėse, bet ir ekstrasinapsinėse aksonų srityse. Šie pasiuntiniai kartu su vietiniais jonų koncentracijos pokyčiais veikia kaip signalai glijos ląstelėms, reguliuodami tokius procesus kaip proliferacija, diferenciacija ir mielinacija.
Pavyzdžiui, CNS aksono aktyvumas gali moduliuoti mielino bazinio baltymo (MBP) fosforilinimą oligodendrocituose per azoto oksido tarpininkaujamus signalizacijos ir baltymų kinazės kelius. Tokiu būdu pakartotinis tam tikrų grandinių naudojimas gali sukelti mielino struktūrinius pokyčius, sustiprindamas aktyviausius ryšius.
Periferinėje nervų sistemoje (PNS) Švano ląstelių pirmtakų išlikimas ir brendimas priklauso nuo signalų, gaunamų iš aksonų, tokių kaip neuroregulinas-1 arba tam tikri endotelinai . Šios molekulės reguliuoja, kada ir kaip Švano ląstelės dauginasi, diferencijuojasi ir pradeda mielinaciją, užtikrindamos, kad pakankamas mielinizuojančių ląstelių skaičius būtų tik ten, kur aksonams jų reikia.
Šis nuolatinis aksonų ir glijų dialogas yra būtinas normaliam nervų sistemos vystymuisi , atsistatymui po traumos ir veiksmingo nervų perdavimo palaikymui visą gyvenimą.
Su mielinu susijusios ligos
Kadangi mielinas yra būtinas nervų perdavimo greičiui ir tikslumui , bet koks jo struktūros, oligodendrocitų ar Schwanno ląstelių pakitimas gali sukelti ligas, vadinamas demielinizuojančiais sutrikimais . Šios patologijos veikia tiek centrinę nervų sistemą (CNS), tiek periferinę nervų sistemą (PNS) ir gali turėti autoimuninių, genetinių, metabolinių, uždegiminių, infekcinių ar toksinių priežasčių.
Millerio Fišerio sindromas
Tai Guillain-Barré sindromo, autoimuninės ligos, kuriai būdingas antikūnų prieš periferinės nervų sistemos neuronų mieliną , variantas .
Kai pažeidžiamas periferinis mielinas, prarandamas tinkamas signalų perdavimas tarp kūno ir CNS , dėl to gali išsivystyti rimtas raumenų paralyžius ir pakitę jutimai.
Su šia liga susiję simptomai yra oftalmoplegija (akių raumenų paralyžius), ataksija (koordinacijos praradimas) ir arefleksija (refleksų nebuvimas). Anksti pradėjus gydymą, ilgalaikio pagerėjimo prognozė paprastai yra gera dėl periferinės nervų sistemos gebėjimo remielinizuotis.
Charcot-Marie-Tooth liga (CMT)
Tai paveldima liga , pažeidžianti periferinius nervus ir vadinama periferine neuropatija . Ji siejama su mutacijomis genuose, koduojančiuose pagrindinius periferinius mielino baltymus, tokius kaip nulinis baltymas (P0), periferinis mielino baltymas 22 (PMP22) arba tam tikri koneksinai, dalyvaujantys komunikacijoje Švano ląstelėse.
Tai sukelia progresuojantį periferinių nervų pažeidimą, pasireiškiantį tokiais simptomais kaip distalinis raumenų silpnumas , pėdų ir rankų deformacijos, jutimo sutrikimai ir refleksų praradimas. Nors kai kurios periferinės neuropatijos gali būti susijusios su diabetu ir kitomis metabolinėmis priežastimis, KMT yra viena iš pagrindinių genetinių periferinio mielino pažeidimo formų .
Išsėtinė sklerozė
Tai centrinės nervų sistemos liga, kuri blokuoja arba sulėtina ryšį tarp smegenų ir kūno . Tai įvyksta, kai pažeidžiamas mielino dangalas, apsaugantis nervines ląsteles, ir tai paveikia smegenis bei nugaros smegenis.
Sergant išsėtine skleroze, imuninė sistema klaidingai atakuoja mieliną, o kartais ir oligodendrocitus, sukeldama uždegimą ir demielinizuojančių plokštelių susidarymą įvairiuose centrinės nervų sistemos regionuose. Laikui bėgant, aksonai taip pat gali būti pažeisti, o tai sukelia nuolatinę neurologinę negalią.
Dažniausi simptomai yra pusiausvyros praradimas , nevalingi raumenų judesiai, judėjimo problemos, koordinacijos sunkumai, drebulys, silpnumas, vidurių užkietėjimas ar žarnyno sutrikimai, taip pat nuovargis ir kai kuriais atvejais regos bei kognityviniai pokyčiai.
Yra žinomi savaiminiai bandymai remielinizuoti progenitoriniais oligodendrocitais , tačiau daugeliui išsėtine skleroze sergančių žmonių šie procesai yra nepakankami arba laikui bėgant išsekę, todėl glijos ląstelės tampa pagrindiniu būsimų neuroprotekcinių ir regeneracinių gydymo būdų kūrimo taikiniu.
Amiotrofinė šoninė sklerozė (ALS)
Jis palaipsniui atakuoja motorinius neuronus , kurie kontroliuoja valingus raumenis. Jam būdingas laipsniškas šių neuronų degeneravimas, kol įvyksta neuronų ir organizmo mirtis.
Nors ALS pirmiausia siejama su neuronų būklės pablogėjimu, naujausi tyrimai rodo, kad glijos ląstelės ir mielinas taip pat gali atlikti svarbų vaidmenį ligos progresavime, keisdami motorinių neuronų metabolinę ir palaikymo aplinką.
Baló liga arba koncentrinė Baló sklerozė
Paprastai tai paveikia vaikus, retai suaugusiuosius. Liga pasireiškia mielino nykimu smegenyse , kuris smegenų skenavimo metu įgauna būdingą koncentrinių žiedų modelį.
Tai reta liga, kurios tikslios priežastys yra visiškai nežinomos. Ji sukelia progresuojančią paralyžių , nevalingus raumenų judesius, traukulius ir kitas sunkias neurologines problemas, nes yra susijusi su lokalizuotu, bet intensyviu mielino sunaikinimu.
Leukodistrofijos
Šie sutrikimai pasireiškia regėjimo ir motorinės sistemos pokyčiais , be kitų simptomų. Jie atsiranda dėl mielino sunaikinimo dėl fermentinių mielino susidarymo ar palaikymo defektų arba dėl kraujagyslių, infekcinių, autoimuninių, uždegiminių ar toksinių procesų.
Genetinės kilmės leukodistrofijose fermentų, reikalingų specifiniams mielino lipidams sintetinti ar skaidyti, pokyčiai sukelia esminių komponentų kaupimąsi arba trūkumą, o tai turi pražūtingų pasekmių smegenų baltosios medžiagos vientisumui.
Supratimas apie oligodendrocitų, Švano ląstelių ir mielino funkciją leidžia mums įvertinti, kiek šios struktūros, dažnai nematomos plačiajai visuomenei, yra esminės mūsų proto, judesių ir pojūčių normaliam funkcionavimui, ir kodėl glijos ląstelių tyrimai tapo vienu iš daugelio neurologinių ligų gydymo kertinių akmenų.