Komórkowe podłoże działania układu nerwowego

Komórkowe podłoże działania układu nerwowego

Układ nerwowy jest najcenniejszą rzeczą jaką może posiadać człowiek. Z prostego powodu – to on umożliwia nam funkcjonowanie, poprzez koordynowanie działań organizmu i bycie siedliskiem świadomości czyli tego, co pozwala nam stwierdzać, że „ja jestem sobą”.

Cegiełki układu nerwowego

Kiedyś jeden z moich profesorów użył metafory, którą i ja się dzisiaj posłużę. Otóż, układ nerwowy według niektórych badań składa się z około 100 miliardów neuronów – to są cegiełki. Konkretne struktury anatomiczne czy czynnościowe w tej metaforze są jak ściany – na nich opiera się funkcjonowanie mózgu z przyległościami. Zaś cały murowany dom to układ nerwowy. Trafność tej metafory polega też na tym, że nie sposób wyobrazić sobie dom, który będzie stał niewzruszony, gdy wyburzona zostanie ściana nośna (o tym traktują artykuły o uszkodzeniach mózgu), a sam stos cegieł ciężko nazwać domem – muszą one być uporządkowane i powiązane ze sobą w konkretny sposób, żeby spełniać swoje zadanie (o tym są artykuły o strukturach układu nerwowego). Ten tekst poświęcony będzie cegiełkom, z których złożony jest nasz mózg.

Układ nerwowy składa się z dwóch rodzajów tkanek: nerwowej, składającej się z komórek nerwowych i glejowej, składającej się z komórek glejowych. Oczywiście, w mózgu są one przemieszane i kolejne komórki dość ściśle do siebie przylegają, dlatego niektórzy naukowcy nie zgadzają się z takim podziałem, nazywając go sztucznym.
 

Neuron – podstawowa jednostka układu nerwowego

Komórka nerwowa posiada zdolność do odbierania i przesyłania informacji – jest podstawowym budulcem układu nerwowego. Pod względem budowy jest dość podobna do typowej komórki zwierzęcej, z jądrem, mitochondriami i błoną komórkową. To, co przede wszystkim odróżnia neurony od innych komórek to kształt. Na poniższym rysunku można przyjrzeć się dokładnie budowie takiej komórki:

Komórkowe podłoże działania układu nerwowego

Legenda:
a- Dendryt to uwypuklona, wystająca część ciała komórki, która razem z innymi dendrytami stanowi drzewo dendrytyczne. Funkcje i kształty dendrytów zależą od typu komórek nerwowych i ponadto potrafią zmieniać one swój układ nawet w ciągu miesiąca. Do końcówek dendrytów – tak zwanych kolców dendrytycznych – dochodzą zakończenia aksonów innych komórek nerwowych, co umożliwia wymianę informacji między nimi.
b- Ciało komórki to miejsce, w którym zachodzą procesy metaboliczne związane z pracą neuronu.
c- Jądro komórki neuronu jest charakterystyczne dla komórek nierozmnażających się; spełnia funkcje właściwe komórkom zwierzęcym (np. zawiera w sobie materiał DNA).
d- Akson to pojedyncza wypustka neuronu, często dłuższa dendrytów danej komórki, która posiada zdolność do przesyłania impulsów bez utraty ich siły po drodze.
e- Osłonka mielinowa to pokrywa izolacyjna aksonu powstała z oligodendrocytów lub komórek Schwanna. Spełnia taką samą rolę dla aksonu jak izolacja dla przewodów elektrycznych.
f- Komórka Schwanna to rodzaj komórki glejowej, która w obwodowym układzie nerwowym jest odpowiedzialna za powstawanie osłonek mielinowych dla aksonu. W mózgu i rdzeniu kręgowym tę rolę spełniają inne komórki glejowe – oligodendrocyty.
g- Węzeł Ranviera (lub Przewężenie Ranviera) to przerwa w osłonce mielinowej, w której zostaje wzmocniony sygnał przesyłany przez akson.
h- Zakończenie presynaptyczne to część aksonu, która styka się z innymi komórkami i służy do przesyłania informacji między nimi za pomocą synaps.
 

Komórki glejowe – nie tylko wsparcie dla neuronów

Na początku badań nad układem nerwowym sądzono, że te komórki spełniają jedynie rolę zaprawy dla komórek nerwowych-cegiełek, stąd nazwa glej, czyli z greki - „klej”. Komórek tych jest około dziesięć razy więcej niż neuronów, ale są znacząco mniejsze i w układzie nerwowym zajmują podobną do tych drugich objętość. W rzeczywistości pełnią ogromną liczbę funkcji i wciąż odkrywane są nowe. Między innymi: współtworzą osłonki mielinowe, pełnią rolę ochronną dla neuronów, biorą udział w metabolizmie neuroprzekaźników, a ostatnie badania wykazały, że pewne komórki glejowe (astroglej) również potrafią przesyłać między sobą informacje na podobieństwo neuronów, ale za pomocą innego mechanizmu.
 

Przewodnictwo nerwowe

Błona komórkowa neuronu, podobnie jak innych komórek, utrzymuje wewnątrz duże stężenie jonów potasowych (K+) a na zewnątrz komórki równie duże stężenie jonów sodowych (Na+). Ze względu na tę różnicę w ich ilości między wnętrzem komórki i środowiskiem zewnętrznym utrzymuje się różnica potencjałów elektrycznych, zwana potencjałem spoczynkowym, w wysokości około 70mV (czyli 0,07 V). Każde pobudzenie neuronu, które przekracza pewien próg (tzw. próg pobudzenia) wywołuje natychmiastową reakcję w postaci napływu jonów sodu i zwiększenia potencjału wewnątrz błony komórkowej. Ta reakcja to tzw. potencjał czynnościowy, który rozchodzi się wzdłuż aksonu jak puszczone w ruch kostki domina – w ten sposób, za pomocą różnicy napięć, przekazywane są informacje w neuronach.

Dopiero po pewnym okresie (około 2-4 ms), gdy jony wróconą na swoje miejsce, neuron jest w stanie ponownie przekazać kolejny sygnał – taką sytuację nazywa się okresem refrakcji bezwzględnej. Przesyłanie impulsów w ten sposób działa na zasadzie „wszystko albo nic” - neuron ma określony próg pobudzenia i każdy sygnał przekazuje w ten sam sposób. To jak z włącznikiem światła, który nie spowoduje, że lampa zaświeci jaśniejszym światłem, gdy mocniej się go naciśnie. Dlatego różnica między słabymi i mocnymi bodźcami polega na częstości przesyłania sygnałów przez neuron – słabszy bodziec to mniej sygnałów, mocniejszy bodziec to więcej sygnałów w odcinku czasu.

Przewodnictwo synaptyczne

Drugim, później odkrytym mechanizmem przekazywania informacji przez komórki nerwowe jest przewodnictwo synaptyczne, najczęściej związane z przewodnictwem za pomocą substancji chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami. Taki mechanizm najpowszechniej znaleźć można na styku aksonu i dendrytu oraz aksonu i ciała komórki, rzadziej w innych kombinacjach, jak na przykład na styku dwóch dendrytów.

W zakończeniu aksonu, części presynaptycznej znajdują się pęcherzyki zawierające między innymi neuroprzekaźniki, które przemieszczają się do błony komórkowej przy szczelinie synaptycznej, gdy dotrze w ich okolicę elektryczny potencjał czynnościowy. Szczelina synaptyczna jest przestrzenią między dwiema błonami komórkowymi, do której wydzielane są neuroprzekaźniki. W części postsynaptycznej, na przykład zakończeniu dendrytu, znajdują się odpowiadające konkretnym neuroprzekaźnikom receptory – zmiana w ich strukturze powoduje kolejne różnice potencjałów i przekazywanie informacji dalej.

Prezentowane w tym artykule mechanizmy są bardzo skomplikowane i siłą rzeczy przedstawione w uproszczony sposób, dlatego warto poszerzyć zawartą tu wiedzę o odpowiednie rozdziały z pozycji, na których oparty został ten tekst:

  • Narkiewicz, O. i Moryś, J. (2003). Neuroanatomia czynnościowa i kliniczna. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL.
  • Kalat J. (2007). Biologiczne podstawy psychologii. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.

 

 Joachim Kowalski
Czy moc generowana przez elektrownie jądrowe w USA jest przyczyną utonięć w basenie, a rosnąca liczna prawników w Portoryko -... czytaj więcej
Czym jest synestezja? Synestezja bywa często rozumiana jako proste „poplątanie” zmysłów lub mechanizmów odpowiedzialnych za p... czytaj więcej
Mózgowy zespół utraty soli (ang. cerebral salt-wasting syndrome, CSWS) to zaburzenie, którego istotą jest obniżenie poziomu s... czytaj więcej
Niewiele jest bardziej „medialnych” zaburzeń niż autyzm i zespół Aspergera. Pomijając filmy i książki bezpośrednio dotyczące... czytaj więcej