Neuron: budowa i funkcje komórki nerwowej

Neuron, czyli komórka nerwowa, jest podstawowym elementem układu nerwowego. To właśnie neurony odpowiadają za to, że czujemy ból czy możemy w tej chwili czytać ten tekst, jak i to dzięki nim możliwe jest poruszanie przez nas ręką, nogą czy jakąkolwiek inną częścią ciała. Pełnienie takich bez wątpienia wyjątkowo istotnych funkcji umożliwia neuronom skomplikowana budowa, jak i fizjologia. Jak więc zbudowana jest komórka nerwowa i jakie są jej funkcje?

Neurony (komórki nerwowe), obok komórek glejowych, są podstawowym budulcem układu nerwowego. O skomplikowanej budowie i funkcji komórek nerwowych świat zaczął się dowiadywać przede wszystkim po 1937 roku - wtedy właśnie J. Z. Young zaproponował, aby prace nad właściwościami neuronów prowadzić na komórkach kałamarnic (jako, że są one zdecydowanie większe od ludzkich, wszelkie eksperymenty przeprowadza się na nich zdecydowanie łatwiej).

Współcześnie możliwe jest już oczywiście prowadzenie badań nawet na najmniejszych z ludzkich komórek, w tamtym jednak czasie model zwierzęcy znacznie przysłużył się do odkrycia fizjologii komórek nerwowych.

Neuron to podstawowa jednostka budulcowa układu nerwowego i zasadniczo od tego, ile tychże komórek jest w organizmie, uzależniona jest złożoność danego układu nerwowego.

Dla przykładu nicienie, na których w różnych laboratoriach prowadzone są rozmaite badania, miewają zaledwie 300 neuronów.

Znana wszystkim muszka owocowa ma komórek nerwowych zdecydowanie więcej, bo około stu tysięcy. Ta liczba to i tak nic wtedy, gdy weźmie się pod uwagę to, ile neuronów ma człowiek - szacuje się bowiem, że w ludzkim układzie nerwowym istnieje ich kilkanaście miliardów.

Spis treści

1. Neuron (komórka nerwowa): rozwój
2. Neuron (komórka nerwowa): budowa ogólna
3. Neuron (komórka nerwowa): rodzaje
4. Neuron (komórka nerwowa): funkcje
5. Potencjał spoczynkowy i czynnościowy - przesyłanie impulsów
6. Depolaryzacja i hiperpolaryzacja
7. Sieci neuronalne

Neuron (komórka nerwowa): rozwój

Proces powstawania komórek nerwowych określany jest jako neurogeneza. Ogólnie w rozwijającym się organizmie (szczególnie w okresie życia wewnątrzmacicznego) neurony powstają się z neuronalnych komórek macierzystych i te komórki nerwowe, które wtedy powstaną, ogólnie nie podlegają już później podziałom komórkowym.

W przeszłości uważano, że już po zakończeniu rozwoju u ludzi w ogóle nie dochodzi do powstawania nowych komórek nerwowych. Takie przeświadczenie wskazywało na to, jak groźne są wszelkie choroby prowadzące do utraty komórek nerwowych (mowa tutaj chociażby o rozmaitych chorobach neurodegeneracyjnych).

Obecnie jednak wiadomo już, że w pewnych rejonach mózgowia możliwe jest powstawanie nowych neuronów nawet i w życiu dorosłym - takimi regionami okazały się m.in. hipokamp oraz opuszka węchowa.

Neuron (komórka nerwowa): budowa ogólna

Neuron podzielić można na trzy części, którymi są:

• ciało komórki nerwowej (perikarion)
• dendryty (mnogie, niewielkie zwykle wypustki, odchodzące od perikarionu)
• akson (pojedyncza, długa wypustka odchodząca od ciała komórki nerwowej)

Ciało komórki nerwowej, podobnie jak i inne jej elementy, pokryte są błoną komórkową. Zawiera ono wszystkie podstawowe organella komórkowe, takie jak m.in.:

• jądro komórkowe
• rybosomy
• siateczka śródplazmatyczna (skupiska siateczki z bogato rozsianymi w jej obrębie rybosomami określane są jako ziarnistości Nissla – charakterystyczne są one właśnie dla komórek nerwowych i obecne są w nich ze względu na to, że neurony produkują bardzo dużo białek)

Dendryty odpowiadają przede wszystkim za odbiór napływających do komórki nerwowej informacji. Na ich zakończeniach znajduje się bardzo duża ilość synaps. Dendrytów na jednej komórce nerwowej może być zaledwie kilka, jak i może ona ich posiadać tak dużo, że będą one ostatecznie stanowiły nawet 90% całej powierzchni danego neuronu.

Zdecydowanie inną strukturą jest z kolei akson. Jest to pojedyncza wypustka, która odchodzi od ciała komórki nerwowej. Długość aksonu bywa wyjątkowo różna - tak jak niektóre z nich mają zaledwie kilka milimetrów, tak i w ciele człowieka znaleźć można aksony o długości zdecydowanie większej niż metr.

Rolą aksonu jest przekazywanie sygnału, który został odebrany przez dendryty, do innych komórek nerwowych. Część z nich pokryta jest specjalną otoczką - nazywana jest ona osłonką mielinową i umożliwia ona zdecydowanie szybsze przesyłanie impulsów nerwowych.

Ciała komórek nerwowych znaleźć można w ściśle określonych strukturach układu nerwowego: przede wszystkim obecne one są w ośrodkowym układzie nerwowym, oprócz tego - w obwodowym układzie nerwowym - znajdują się one w tzw. zwojach nerwowych. Skupiska aksonów, pochodzących od wielu różnych komórek nerwowych, osłonięte odpowiednimi błonami, określane są z kolei mianem nerwów.

Neuron (komórka nerwowa): rodzaje

Podziałów komórek nerwowych jest co najmniej kilka. Neurony można bowiem dzielić np. ze względu na ich budowę, gdzie wyróżnia się:

• neurony jednobiegunowe: nazywane tak, bo mają tylko jedną wypustkę
• neurony dwubiegunowe: komórki nerwowe, które mają jeden akson i jeden dendryt
• neurony wielobiegunowe: mają one trzy lub zdecydowanie więcej wypustek

Inny podział neuronów bazuje na długości ich aksonów. W tym przypadku wymieniane są:

• neurony projekcyjne: mają one wyjątkowo długie aksony, które umożliwiają im przesyłanie impulsów do bardzo nawet odległych od ich perikarionów części organizmu
• neurony o krótkich aksonach: ich zadaniem jest przekazywanie pobudzeń wyłącznie pomiędzy znajdującymi się w bliskiej od nich odległości komórkami nerwowymi

Zazwyczaj jednak za najbardziej zasadny uznawany jest podział komórek nerwowych biorący pod uwagę to, jaką pełnią one funkcję w organizmie. W takim przypadku wyróżnia się trzy rodzaje komórek nerwowych:

• neurony ruchowe (inaczej odśrodkowe lub eferentne): odpowiadają one za przesyłanie impulsów z ośrodkowego układu nerwowego do struktur wykonawczych, np. do mięśni i gruczołów
• neurony czuciowe (inaczej dośrodkowe, aferentne): to one odbierają rozmaite rodzaju bodźce czuciowe, m.in. termiczne, dotykowe czy zapachowe i przekazują otrzymaną informację do struktur ośrodkowego układu nerwowego
• neurony kojarzeniowe (inaczej interneurony, neurony pośredniczące): są one pośrednikami pomiędzy neuronami czuciowymi i ruchowymi, ogólnie ich rolą jest przekazywanie informacji pomiędzy różnymi komórkami nerwowymi

Neurony można podzielić również i ze względu na to, jakie wydzielają one neuroprzekaźniki (substancje te - o czym zostanie powiedziane później - odpowiadają właśnie za możliwość przekazywania informacji pomiędzy neuronami).

W takim ujęciu wyszczególnić można m.in.:

• neurony dopaminergiczne (wydzielają dopaminę)
• neurony cholinergiczne (uwalniają acetylocholinę)
• neurony noradrenergiczne (wydzielają noradrenalinę)
• neurony serotoninergiczne (uwalniają serotoninę)
• neurony GABA-ergiczne (uwalniają GABA)

Neuron (komórka nerwowa): funkcje

Zasadniczo o podstawowych funkcjach neuronu wspomniano już wcześniej: komórki te odpowiadają za odbiór oraz przesyłanie impulsów nerwowych. Nie odbywa się to jednak na zasadzie głuchego telefonu, gdzie komórki rozmawiają ze sobą, a na drodze skomplikowanych procesów, którym po prostu warto przyjrzeć.

Przesyłanie impulsów pomiędzy neuronami umożliwiają specyficzne połączenia pomiędzy nimi - synapsy. W organizmie ludzkim wyróżnia się dwa rodzaje synaps: elektryczne (których jest stosunkowo mało) oraz chemiczne (dominujące, to z nimi właśnie związane są neuroprzekaźniki).

W obrębie synapsy wyróżnia się trzy części:

• zakończenie presynaptyczne
• szczelinę synaptyczną
• zakończenie postsynaptyczne

Zakończenie presynaptyczne jest miejscem, z którego uwalniane są neuroprzekaźniki - trafiają one do szczeliny synaptycznej. Tam mogą one się łączyć z receptorami znajdującymi się w obrębie zakończenia postsynaptycznego. Ostatecznie po pobudzeniu przez neuroprzekaźniki dochodzić może do wyzwolenia pobudzenia i finalnie przekazania informacji z jednej komórki nerwowej do drugiej.

Potencjał spoczynkowy i czynnościowy - przesyłanie impulsów

Tutaj warto wspomnieć o kolejnym zjawisku związanym z przekazywaniem sygnałów pomiędzy komórkami nerwowymi - potencjale czynnościowym.

Tak naprawdę to wtedy, gdy zostanie on wygenerowany, zaczyna się on szerzyć wzdłuż aksonu i dochodzić może do tego, że z jego zakończenia - będącego zakończeniem presynaptycznym - wydzielany będzie neuroprzekaźnik, dzięki któremu pobudzenie będzie szerzyć się dalej.

Komórki nerwowe, które aktualnie nie przesyłają żadnych impulsów, czyli są niejako w stanie spoczynku, mają wygenerowany tzw. potencjał spoczynkowy - zależny jest od różnicy stężeń różnych kationów pomiędzy wnętrzem komórki nerwowym a środowiskiem zewnętrznym.

Za różnicę tę odpowiadają przede wszystkim kationy sodowe (Na+), potasowe (K+) oraz chlorkowe (Cl-).

Ogólnie wnętrze neuronu jest naładowane ujemnie w stosunku co jego zewnętrza - gdy dociera do niego fala pobudzenia, sytuacja ta ulega zmianie i staje się ono naładowane zdecydowanie bardziej dodatnio.

Gdy ładunek wewnątrz neuronu osiągnie wartość określaną jako potencjał progowy, dochodzi do wyzwolenia pobudzenia - impuls zostaje "wystrzelony" przez całą długość aksonu.

Należy tutaj podkreślić, że komórki nerwowe zawsze przesyłają tego samego rodzaju impuls - niezależnie od tego, jak silne będzie docierające do nich pobudzenie, odpowiadają on zawsze z taką samą siłą (wspomina się nawet, że przesyłają one impulsy zgodnie z zasadą "wszystko albo nic").

Depolaryzacja i hiperpolaryzacja

Cały czas wspomina się tutaj o tym, że kiedy do komórki nerwowej - za pośrednictwem synaps - docierają neuroprzekaźniki, to skutkuje to przekazaniem impulsu nerwowego. Sam tylko taki opis byłby jednak zakłamaniem - otóż neuroprzekaźniki dzieli się dwojako na pobudzające oraz hamujące.

Pierwsze z nich rzeczywiście prowadzą do wystąpienia depolaryzacji, której skutkiem jest przekazanie informacji pomiędzy komórkami nerwowymi.

Wyróżnia się jednak także i neuroprzekaźniki hamujące, które - gdy docierają do neuronu - doprowadzają do hiperpolaryzacji (czyli obniżenia potencjału komórki nerwowej), która tymczasem skutkuje tym, że neuron staje się zdecydowanie mniej zdolny do przesyłania impulsów.

Hamowanie komórek nerwowych jest wbrew pozorom wyjątkowo wręcz ważne - to właśnie dzięki niemu możliwe jest chociażby zachodzenie regeneracji czy "odpoczywanie" komórek nerwowych.

Sieci neuronalne

Omawiając funkcje komórek nerwowych, warto tutaj wspomnieć i o tym, że istotne są tak naprawdę nie pojedyncze neurony, a całe ich sieci. W ludzkim organizmie istnieje bowiem wyjątkowo wiele tzw. sieci neuronalnych. W ich skład wchodzić może np. neuron czuciowy, interneuron oraz neuron ruchowy. Dla zobrazowania sposobu działania takiej sieci można podać przykładową sytuację: przypadkowe dotknięcie ręką knota palącej się świecy.

O tym, że tego dokonaliśmy, informuje neuron czuciowy - to on odbiera bodźce czuciowe związane z wysoką temperaturą. Przekazuje on informację dalej - czyni to zwykle z pomocą interneuronu, dzięki czemu wiadomość o szkodliwym bodźcu trafia do struktur ośrodkowego układu nerwowego. Tam jest ona przetwarzana, aż w końcu - dzięki neuronowi ruchowemu - kierowany jest od odpowiednich mięśni sygnał prowadzący do tego, że odruchowo cofamy rękę od zapalonego knota.

Opisano tutaj dość prosty przykład sieci neuronalnej, pokazuje on zapewne jednak, jak skomplikowane są stosunki pomiędzy poszczególnymi neuronami i dlaczego komórki nerwowego i ich czynność są aż tak istotne dla ludzkiego funkcjonowania.