Когато говорим за човешкия мозък, обикновено си мислим, че той е съставен от неврони, които определят нашето мислене и интелигентност . Това обаче е вярно само до малка степен.
Човешкият мозък е съставен от повече от 80.000 милиарда неврони , но тази цифра представлява само около 15% от общия брой клетки в органите, които го изграждат.
Клетките на нервната система и тяхната функция в човешкото тяло
Останалите 85% са съставени от други микроскопични клетки, наречени глиални клетки , отговорни за образуването на вещество, наречено глия, което се простира до всеки ъгъл на нервната система.
Глиалните клетки, известни още като невроглия или просто глия, не участват директно в синаптичните връзки, както невроните, но правилното им функциониране позволява сигналите между невроните да се предават ефективно и надеждно. С други думи, те действат като „лепилото на нервите“, на което разчитат невронните мрежи.
Глиалните клетки са отговорни за подпомагането на невроните при предаването на електрохимични импулси в цялата нервна система. Тези клетки осигуряват хранителни вещества , поддържат структурата , ускоряват невронната проводимост, поправят уврежданията и доставят енергия на невроните , в допълнение към регулирането на околната химическа среда (йони, глюкоза, аминокиселини и др.).
Сред основните вещества, които глиалните клетки помагат за транспортирането или регулирането, са глюкозата (основният източник на енергия за мозъка), различни аминокиселини, участващи в синтеза на невротрансмитери, и различни йони (като натрий, калий или калций), необходими за невронната възбудимост.
Сред тези многобройни глиални клетки, открити в мозъка, така наречените олигодендроцити са особено важни поради способността им да образуват миелиновите обвивки, които защитават аксоните на централната нервна система.
- Миелин е изолиращ липопротеин Това позволява усилване на акционния потенциал във времето и разстоянието. Предпазва аксона от електрическия импулс, правейки реакцията му по-бърза. маршрут и предотвратява разпространението му през невронната мембрана. Благодарение на миелина, т.нар. салтаторна проводимостИмпулсът „прескача“ от един възел на Ранвие към друг, което значително увеличава скоростта на предаване.
- Олигодендроцити, клетките на Шван, астроцити и микроглиа Това са четирите най-важни вида глиални клетки. Заедно те поддържат, подхранват, защитават и регулират невроните.
Клетки на Шван
Те са единствените глиални клетки, открити в нервите, които преминават през цялото тяло, т.е. в периферната нервна система (ПНС) . Те представляват вид микроскопична обвивка с „перлен“ вид, съставена от миелин , която обгражда периферните аксони.
Всяка Шванова клетка обвива цитоплазмата си около един аксон, създавайки сегмент от миелинова обвивка. За разлика от олигодендроцитите, които могат едновременно да миелинизират десетки аксони в централната нервна система , Швановите клетки са отговорни само за един аксон , което е ключова структурна и функционална разлика между ЦНС и ПНС.
Те са способни да секретират „нервния растежен фактор“ (NGF) , молекула, която служи за стимулиране на невроналния растеж по време на развитието и също така участва в процесите на възстановяване след увреждане на периферните нерви.
Швановите клетки участват активно в регенерацията на периферните нерви . Когато нервът е увреден, тези клетки помагат за отстраняването на миелинови остатъци и увредени аксони (в сътрудничество с макрофаги) и образуват тъканни „тунели“, наречени Бюнгнерови ленти, които насочват растежа на нови аксони до тяхното местоназначение.
Следователно, клетките на Шван са отговорни за образуването на миелин в периферната нервна система , за поддържане на структурата на нервите и за улесняване както на поддържането, така и на възстановяването на периферната функция.
Астроцити
Това са клетки, които се намират в близост до неврони, имат звездовидна форма и по-големи размери в сравнение с невроните; те са разположени в централната нервна система (ЦНС) и по протежение на зрителния нерв.
Астроцитите са вид „войник“, който изгражда кръвно-мозъчната бариера (КМБ) – защитна мембрана на централната нервна система (ЦНС), чиято функция е да предотвратява директното навлизане на кръв в нея. Това предотвратява неконтролираното навлизане на токсини, патогени и потенциално вредни молекули.
Астроцитите са отговорни за филтрирането на това, което може и не може да влезе в централната нервна система (ЦНС ). Те позволяват навлизането на кислород и глюкоза , основното „гориво“ за невроните, и спомагат за елиминирането на метаболитните отпадъци. Освен това, те регулират концентрацията на йони в извънклетъчното пространство, модулират синаптичната активност и допринасят за рециклирането на невротрансмитери като глутамат.
Заедно с олигодендроцитите, астроцитите образуват част от така наречената макроглия , група от по-големи глиални клетки, които изпълняват основни структурни и метаболитни функции за невронната мрежа.
Микроневроглиа
Тази група клетки формира основата на имунната система на мозъка . Тъй като кръвно-мозъчната бариера не позволява свободното преминаване на клетки от периферната имунна система, мозъкът има своя собствена защитна система и тези клетки са неговите защитни войници.
Основната функция на тези клетки е да защитават и възстановяват мозъка от наранявания, причинени от нахлуващи микроорганизми, клетъчни отломки и различни заболявания.
Микроглията непрекъснато сканира централната нервна система за увредени плаки, променени неврони и инфекциозни агенти . Те са силно чувствителни към околната среда и са способни да откриват дори най-малките промени в биологичния състав на мозъчната тъкан.
Тези клетки локализират и неутрализират всякакви плаки, фрагменти от дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) , невронни сплетения, мъртви клетки, увредени клетки и чужди материали. Поради тази причина те могат да се считат за „домакини“ на мозъка , отговорни за почистването на клетъчните отломки и елиминирането на потенциално токсични елементи.
Олигодендроцитите в детайли
Олигодендроцитите са вид глиални клетки, които се намират изключително в централната нервна система , по-специално в главния и гръбначния мозък. Основната им характеристика е, че образуват миелиновите обвивки , които обграждат аксоните на невроните в ЦНС.
Те имат много разширения, които се увиват около аксоните на няколко неврона, така че един олигодендроцит може да миелинира множество аксони едновременно , за разлика от клетките на Шван.
Миелиновите обвивки, които се образуват около аксоните на невроните, служат за електрическа изолация на нервните влакна и увеличават скоростта на предаване на електрохимични импулси . Благодарение на тази структура, акционните потенциали могат да се разпространяват бързо на дълги разстояния, без да губят интензитет.
В някои аксони миелиновите обвивки не образуват непрекъсната покривка, а се прекъсват на равни интервали, което води до образуването на така наречените възли на Ранвие . Тези малки пролуки без миелин позволяват осъществяването на салтаторна проводимост: импулсът се регенерира във всеки възел, което допълнително ускорява разпространението на сигнала.
Миелинизацията започва в утробата: тя започва около 16-та гестационна седмица в гръбначния мозък и прогресира след раждането, докато много от основните нервни влакна бъдат миелинизирани до момента, в който детето започне да проходи. Миелинът продължава да се формира и усъвършенства през детството, юношеството и дори в зряла възраст, което е свързано с развитието на сложни когнитивни умения и мозъчна пластичност.
Дори в зряла възраст, олигодендроцитите продължават да се произвеждат от специализирани прогениторни клетки (олигодендроцитни прогениторни клетки или OPC). Тези прогенитори могат да се диференцират в зрели олигодендроцити, способни да образуват нов миелин или да възстановяват демиелинизирани области след нараняване или заболяване.
От гледна точка на развитието, олигодендроцитите произхождат от специфични области близо до мозъчните вентрикули и невралната тръба, откъдето мигрират към крайните си дестинации в бялото и сивото вещество. По време на това пътуване те преминават през няколко етапа: прогениторни клетки , незрели олигодендроцити и напълно диференцирани миелин-образуващи олигодендроцити.
Видове олигодендроцити
Олигодендроцитите могат да бъдат класифицирани предимно по техните функции, въпреки че структурно и молекулярно са много сходни. Има два основни типа: интерфасцикуларни и сателитни . Освен това, прогениторните олигодендроцити са разпознати като ключова клетъчна популация за възстановяване и пластичност на ЦНС.
- Лос интерфасцикуларни олигодендроцити Те са тези, които отговарят за образуване на миелинови обвивки и те формират част от бялото вещество на мозъка. Те са „класическият“ тип олигодендроцит, който се изучава, когато се обсъжда миелинизацията.
- Лос сателитни олигодендроцити Те са част от сивото вещество, не са производители на миелинТе не се прилепват към невроните, образувайки обвивки, нито служат като електрически изолатори. Функциите им не са напълно изяснени, въпреки че се смята, че участват в поддържане на извънклетъчния химичен баланс и в регулирането на синапсовата среда.
- Лос олигодендроцитни прогениторни клетки (ОП) Те се считат за „стволови клетки“ на зрели олигодендроцити. Те имат способността да се делят и диференцират, за да генерират нови миелинизиращи клетки, особено след наранявания или демиелинизиращи процеси. Тяхната роля е съществена в регенерация и възстановяване на миелина в централната нервна система.
Функции на олигодендроцитите
Тъй като точните функции на сателитните олигодендроцити са неизвестни, ще опишем само функциите на интерфасцикуларните олигодендроцити и общите функции, изпълнявани от набора от олигодендроцити и техните предшественици в ЦНС.
Ускорение на невронното предаване
Скоростта на акционните потенциали се увеличава, когато аксоните са миелинизирани. В аксони с миелинови обвивки, разделени от възли на Ранвие, електрическият импулс не се движи непрекъснато, а по-скоро „прескача“ от възел на възел. Това позволява на сигнала да се движи много по-бързо, отколкото в немиелинизираните влакна.
Правилното функциониране на хормоналната и мускулната системи се подобрява от адекватна скорост на невронна проводимост. Моторната координация, рефлексите, сетивното възприятие и голяма част от когнитивната дейност зависят от това, че тази проводимост е прецизна и бърза.
Интелигентността е свързана и с целостта и количеството на миелина в определени области на мозъка. Проучванията са открили положителни корелации между плътността на миелина в бялото вещество и представянето при когнитивни задачи, което предполага, че олигодендроцитите допринасят косвено за способности като учене и разсъждение.
Изолиране на клетъчни мембрани
Изолацията на невронните аксони от външната среда на клетката предотвратява изтичането на йони през клетъчната мембрана. Миелинът действа като изолиращо покритие, подобно на пластмасата, покриваща електрическите проводници, предотвратявайки къси съединения и загуба на сигнал.
Благодарение на тази изолация, олигодендроцитите гарантират, че обменът на йони (особено натрий и калий ) е концентриран в много специфични области, възлите на Ранвие, където се регенерират акционните потенциали. Това прави предаването по- ефективно и по-малко енергоемко за неврона.
Структуриране на нервната система
Тъй като невроните не са в състояние да изпълняват функцията си самостоятелно , глиалните клетки, и особено интерфасцикуларните олигодендроцити, са отговорни за поддържането на мрежовата структура на невроните . Те осигуряват физическа опора, която поддържа влакнестите пътища на бялото вещество организирани и допринася за триизмерната архитектура на мозъка.
Освен това, разпределението на миелина частично определя областите на бялото и сивото вещество на нервната система. Бялото вещество е богато на миелинизирани аксони, докато сивото вещество съдържа предимно невронни соми (клетъчни тела) и синапси. Без олигодендроцити тази анатомична организация би била радикално променена.
Подкрепа за развитието и оцеляването на невроните
Олигодендроцитите са производители на протеини и невротрофични фактори , които при взаимодействието си с невроните ги поддържат активни, като по този начин предотвратяват програмираната клетъчна смърт (апоптоза).
Тези фактори включват молекули, които насърчават невронната диференциация , насочват растежа на аксоните и дендритите и подпомагат узряването на невронните вериги по време на развитието. Те също така реагират на електрическата активност на невроните, като модифицират миелина според употребата му, като директно свързват олигодендроцитите със синаптичната пластичност и обучението.
Извънклетъчна течност хомеостаза
Въпреки че сателитните олигодендроцити нямат ясно определена функция, те се считат за важни за поддържането на хомеостатичния баланс на външната среда на близките неврони. Те помагат за регулиране на концентрацията на йони, вода и метаболити в сивото вещество, допринасяйки за стабилна среда за синаптично предаване.
Прогениторните олигодендроцити, от своя страна, позволяват на мозъка да има резерв от клетки, способни да заместят увредените олигодендроцити и да ремиелинизират аксони след нараняване, което е от решаващо значение за поддържане на дългосрочната функционалност на централната нервна система.
Комуникация между невроните и миелинизиращите глиални клетки
Дълго време се смяташе, че невроните са единствените клетки с активна роля в обработката на информация. Въпреки това, има все повече доказателства, че глиалните клетки, и по-специално олигодендроцитите и клетките на Шван , участват в сложна двупосочна комуникационна мрежа с аксоните, които миелинизират.
Невронната активност освобождава химични посредници не само в класическите синапси, но и в екстрасинаптичните области на аксоните. Тези посредници, заедно с локалните промени в концентрацията на йони, действат като сигнали за глиалните клетки, регулирайки процеси като пролиферация, диференциация и миелинизация.
Например, в ЦНС, аксоновата активност може да модулира фосфорилирането на миелиновия основен протеин (MBP) в олигодендроцитите чрез сигнализация, медиирана от азотен оксид, и протеин киназни пътища. По този начин, многократното използване на определени вериги може да доведе до структурни промени в миелина, укрепвайки най-активните връзки.
В периферната нервна система (ПНС), оцеляването и съзряването на прекурсорите на Schwann клетките зависят от сигнали, получени от аксони, като неврорегулин-1 или някои ендотелини . Тези молекули регулират кога и как Schwann клетките пролиферират, диференцират се и започват миелинизация, като гарантират, че има адекватен брой миелинизиращи клетки само там, където аксоните се нуждаят от тях.
Този постоянен диалог между аксоните и глията е от съществено значение за нормалното развитие на нервната система, възстановяването след нараняване и поддържането на ефективно нервно предаване през целия живот.
Болести, свързани с миелина
Тъй като миелинът е от съществено значение за скоростта и точността на предаване на нервните сигнали , всяка промяна в неговата структура, в олигодендроцитите или в клетките на Шван може да доведе до заболявания, наречени демиелинизиращи разстройства . Тези патологии засягат както централната нервна система (ЦНС), така и периферната нервна система (ПНС) и могат да имат автоимунни, генетични, метаболитни, възпалителни, инфекциозни или токсични причини.
Синдром на Милър Фишър
Това е вариант на синдрома на Гилен-Баре, автоимунно заболяване, характеризиращо се с производството на антитела срещу миелина на невроните в периферната нервна система.
Когато периферният миелин е увреден, правилното провеждане на сигналите между тялото и ЦНС се губи , което води до потенциално сериозна мускулна парализа и променено усещане.
Симптомите, свързани с това заболяване, включват офталмоплегия (парализа на очните мускули), атаксия (загуба на координация) и арефлексия (липса на рефлекси). Ако се лекува рано, обикновено има добра прогноза за дългосрочно подобрение, благодарение на способността на периферната нервна система за ремиелинизация.
Болест на Шарко-Мари-Тут (CMT)
Това е наследствено заболяване , което засяга периферните нерви и е известно като периферна невропатия . То е свързано с мутации в гени, които кодират ключови периферни миелинови протеини, като протеин нула (P0), периферен миелинов протеин 22 (PMP22) или определени конексини, участващи в комуникацията в рамките на Schwann клетките.
Това причинява прогресивно увреждане на периферните нерви, със симптоми като дистална мускулна слабост , деформации на краката и ръцете, сензорни нарушения и загуба на рефлекси. Въпреки че някои периферни невропатии могат да бъдат свързани с диабет и други метаболитни причини, CMT е сред предимно генетичните форми на периферно миелиново увреждане.
Множествена склероза
Това е заболяване на централната нервна система, което блокира или забавя комуникацията между мозъка и тялото . Това се случва, когато миелиновата обвивка, която защитава нервните клетки, е увредена, засягайки мозъка и гръбначния мозък.
При множествена склероза имунната система погрешно атакува миелина и понякога олигодендроцитите, причинявайки възпаление и образуване на демиелинизиращи плаки в различни области на централната нервна система. С течение на времето аксоните също могат да бъдат увредени, което води до по-трайно неврологично увреждане.
Най-честите симптоми включват загуба на равновесие , неволеви мускулни движения, проблеми с движението, затруднена координация, тремор, слабост, запек или чревни разстройства, както и умора и в някои случаи зрителни и когнитивни промени.
Известни са спонтанни опити за ремиелинизация от прогениторни олигодендроцити , но при много хора с множествена склероза тези процеси са недостатъчни или се изчерпват с времето, което прави глиалните клетки ключова цел за разработването на бъдещи невропротективни и регенеративни лечения.
Амиотрофична странична склероза (ALS)
Той прогресивно атакува моторните неврони , които контролират волевите мускули. Характеризира се с постепенна дегенерация на тези неврони, докато настъпи смърт на невроните и организма.
Въпреки че ALS се свързва предимно с невронно увреждане, последните изследвания показват, че глиалните клетки и миелинът също могат да играят роля в прогресията на заболяването, като променят метаболитната и поддържащата среда на моторните неврони.
Болест на Baló или концентрична склероза на Baló
Обикновено засяга деца и рядко възрастни. Състои се от загуба на миелин в мозъка , която придобива характерен модел на концентрични пръстени при мозъчни сканирания.
Рядко се среща и точните му причини са напълно неизвестни. Причинява прогресивна парализа , неволеви мускулни движения, гърчове и други тежки неврологични проблеми, тъй като е свързано с локализирано, но интензивно разрушаване на миелина.
Левкодистрофии
Тези нарушения се състоят от промени в зрението и двигателната система , наред с други симптоми. Те произхождат от разрушаването на миелина поради ензимни дефекти в образуването или поддържането на миелина, или от съдови, инфекциозни, автоимунни, възпалителни или токсични процеси.
При левкодистрофии с генетичен произход, промените в ензимите, необходими за синтезиране или разграждане на специфични миелинови липиди, причиняват натрупване или дефицит на есенциални компоненти, с опустошителни последици за целостта на бялото вещество на мозъка.
Разбирането на функцията на олигодендроцитите, клетките на Шван и миелина ни позволява да оценим степента, до която тези структури, често невидими за широката публика, са фундаментални за нормалното функциониране на нашия ум, движения и сетива , и защо изследванията на глиалните клетки са се превърнали в един от крайъгълните камъни за справяне с много неврологични заболявания.