Δομή και λειτουργία των νευρικών κυττάρων 🧠

Το νευρικό σύστημα συνεργάζεται με το σύστημα των ενδοκρινών αδένων για τη διατήρηση σταθερού εσωτερικού περιβάλλοντος, δηλαδή την ομοιόσταση. Ελέγχει και συντονίζει τις λειτουργίες όλων των υπόλοιπων συστημάτων του οργανισμού.

Ο οργανισμός πρέπει να αντιλαμβάνεται τις μεταβολές του περιβάλλοντος και να αντιδρά ανάλογα. Οι πληροφορίες για τις μεταβολές αυτές συλλέγονται από τους υποδοχείς και μεταβιβάζονται στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Μετά την επεξεργασία τους, το κεντρικό νευρικό σύστημα δίνει τις κατάλληλες εντολές στους μυς και στους αδένες, δίνοντας έτσι στον οργανισμό τη δυνατότητα να προσαρμόζει τις λειτουργίες του — απαραίτητη προϋπόθεση για την επιβίωσή του.

Τα όργανα του νευρικού συστήματος είναι:

• ο εγκέφαλος και ο νωτιαίος μυελός, που αποτελούν το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ)
• τα νεύρα, που αποτελούν το Περιφερικό Νευρικό Σύστημα (ΠΝΣ)

Τα κύτταρα του νευρικού ιστού

Τα όργανα του νευρικού συστήματος αποτελούνται από νευρικό ιστό, ο οποίος περιλαμβάνει δύο είδη κυττάρων: τους νευρώνες (ή νευρικά κύτταρα) και τα νευρογλοιακά κύτταρα.

Νευρώνες

Οι νευρώνες αποτελούν τη δομική και λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος. Έχουν την ιδιότητα να αντιδρούν σε συγκεκριμένες μεταβολές του περιβάλλοντος, όπως μεταβολές της θερμοκρασίας, της πίεσης, της έντασης του φωτός ή του pH.

Κάθε νευρώνας αποτελείται από δύο βασικά μέρη:

• Κυτταρικό σώμα: περιέχει τον πυρήνα και τα οργανίδια του κυττάρου.
• Αποφυάδες: προεκβολές του κυττάρου, οι οποίες διακρίνονται σε:
  • Δενδρίτες: συνήθως μικρές αποφυάδες με πολλές διακλαδώσεις.
  • Νευράξονας (ή νευρίτης): αποφυάδα που μπορεί να φτάσει σε μήκος έως και το ένα μέτρο. Διακλαδίζεται σε πολλές μικρές απολήξεις, καθεμία από τις οποίες καταλήγει σε ένα ειδικό άκρο, το τελικό κομβίο.

Οι νευρώνες παρουσιάζουν μορφολογικές και λειτουργικές διαφορές και διακρίνονται, ανάλογα με τη λειτουργία που επιτελούν, σε τρεις κατηγορίες:

Νευρογλοιακά κύτταρα

Τα νευρογλοιακά κύτταρα (νεύρο + γλοία = κόλλα) είναι πολύ περισσότερα σε αριθμό από τους νευρώνες και έχουν βοηθητικό ρόλο. Έχουν ποικίλα σχήματα και ειδικές λειτουργίες:

• προμηθεύουν τους νευρώνες με θρεπτικά συστατικά
• απορροφούν και απομακρύνουν τις άχρηστες ουσίες από αυτούς
• περιβάλλουν το νευράξονα των περισσότερων νευρώνων, συμβάλλοντας στη μόνωσή του και στην επιτάχυνση της μεταφοράς της νευρικής ώσης

Δυναμικό ηρεμίας

Στην εξωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης ενός νευρώνα που βρίσκεται σε ηρεμία (δηλαδή δεν δέχεται ερεθίσματα) υπάρχει υψηλή συγκέντρωση ιόντων νατρίου (Na⁺), ενώ στην εσωτερική επιφάνεια υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση ιόντων καλίου (K⁺) και αρνητικών ιόντων (όπως PO₄³⁻, SO₄²⁻ κ.ά.).

Η μεμβράνη διατηρεί αυτή την άνιση κατανομή ιόντων με τη βοήθεια ενός μηχανισμού ενεργητικής μεταφοράς, της αντλίας Na⁺/K⁺, που βρίσκεται στη μεμβράνη του νευρικού κυττάρου. Για κάθε τρία Na⁺ που απομακρύνει από το εσωτερικό του κυττάρου, η αντλία μεταφέρει ταυτόχρονα στο εσωτερικό δύο K⁺. Τα αρνητικά ιόντα διαχέονται ελάχιστα.

Η μεγάλη συγκέντρωση θετικών ιόντων στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης και αρνητικών ιόντων στην εσωτερική δημιουργεί διαφορά δυναμικού. Το δυναμικό αυτό ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας και είναι περίπου -70 mV (η εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης είναι ηλεκτραρνητικά φορτισμένη σε σχέση με την εξωτερική). Η μεμβράνη του νευρώνα διατηρεί το δυναμικό ηρεμίας για όσο διάστημα δεν δέχεται ερέθισμα, ή όταν δέχεται ερεθίσματα με ένταση μικρότερη από μια οριακή τιμή.

Νευρική ώση

Οι μεταβολές του περιβάλλοντος αποτελούν ερεθίσματα, τα οποία επιδρούν στο δυναμικό ηρεμίας. Όταν ένας νευρώνας δεχτεί σε κάποιο σημείο της μεμβράνης του ερέθισμα με ένταση μεγαλύτερη από μια συγκεκριμένη τιμή (που διαφέρει από νευρώνα σε νευρώνα), τότε συμβαίνουν διαδοχικά τα εξής:

1. Για περίπου 1 msec αυξάνεται η διαπερατότητα της μεμβράνης στα ιόντα νατρίου. Τα Na⁺ εισρέουν μαζικά στο κύτταρο (λόγω διαφοράς συγκέντρωσης), η εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης φορτίζεται θετικά σε σχέση με την εξωτερική, και η διαφορά δυναμικού φτάνει περίπου στα +50 mV.
2. Στη συνέχεια αυξάνεται, για μικρό διάστημα, η διαπερατότητα στα ιόντα καλίου. Τα K⁺ εξέρχονται μαζικά από το κύτταρο και το δυναμικό της μεμβράνης πέφτει σε τιμές μικρότερες των -70 mV.
3. Όταν η διαπερατότητα της μεμβράνης επανέλθει στα αρχικά της επίπεδα, με τη βοήθεια της αντλίας Na⁺/K⁺ η κατανομή των ιόντων αποκαθίσταται και το δυναμικό ηρεμίας επανέρχεται στα -70 mV.

Αυτές οι σύντομες μεταβολές στο δυναμικό της μεμβράνης ονομάζονται δυναμικό ενέργειας και αποτελούν το ερέθισμα για αντίστοιχες αλλαγές στις γειτονικές περιοχές της μεμβράνης. Με αυτόν τον τρόπο το δυναμικό ενέργειας μεταδίδεται κατά μήκος του νευράξονα και αποτελεί τη νευρική ώση.

Τα ερεθίσματα που μπορούν να προκαλέσουν νευρική ώση είναι χημικά, ηλεκτρικά, μηχανικά, θερμικά κ.ά. Ερεθίσματα με ένταση μικρότερη από την οριακή τιμή δεν προκαλούν νευρική ώση.

Συνάψεις

Οι νευρώνες συνδέονται μεταξύ τους (ή με εκτελεστικά όργανα) με τη βοήθεια των συνάψεων. Σύναψη είναι η περιοχή λειτουργικής σύνδεσης των τελικών κομβίων του νευράξονα ενός νευρώνα με άλλα νευρικά κύτταρα ή με ειδικά διαμορφωμένες θέσεις των εκτελεστικών οργάνων (μυών ή αδένων).

Η μεταφορά της νευρικής ώσης μέσω των συνάψεων γίνεται συνήθως με τη βοήθεια χημικών ενώσεων που παράγει το νευρικό κύτταρο, των νευροδιαβιβαστών (χημική σύναψη). Ο πιο διαδεδομένος νευροδιαβιβαστής στο ΚΝΣ και στο ΠΝΣ είναι η ακετυλοχολίνη.

Σε μια σύναψη διακρίνουμε:

• Προσυναπτικό άκρο: τα τελικά κομβία του νευρικού κυττάρου που στέλνει το μήνυμα. Περιέχει πολυάριθμα μιτοχόνδρια και συναπτικά κοκκία (κυστίδια) με τη νευροδιαβιβαστική ουσία.
• Μετασυναπτικό άκρο: η υποδεκτική επιφάνεια του επόμενου νευρώνα ή του εκτελεστικού οργάνου, όπου βρίσκονται οι υποδοχείς της νευροδιαβιβαστικής ουσίας.
• Συναπτική σχισμή: ο χώρος ανάμεσα στο προσυναπτικό και το μετασυναπτικό άκρο (τα δύο άκρα δεν βρίσκονται σε επαφή), με πάχος 15-20 nm.

Πώς μεταδίδεται η νευρική ώση σε μια σύναψη

Ένα ερέθισμα με ένταση μεγαλύτερη από μια συγκεκριμένη τιμή δημιουργεί τοπικές αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης, οι οποίες μεταδίδονται σε όλο το μήκος του νευράξονα. Όταν η νευρική ώση φτάσει στα τελικά κομβία:

1. Απελευθερώνονται νευροδιαβιβαστικές ουσίες.
2. Ο νευροδιαβιβαστής διαχέεται στη συναπτική σχισμή και προσδένεται στους υποδοχείς του μετασυναπτικού άκρου.
3. Αν ο νευροδιαβιβαστής δρα διεγερτικά, προκαλεί αύξηση της διαπερατότητας της μετασυναπτικής μεμβράνης σε Na⁺. Η μαζική εισροή νατρίου δημιουργεί νέα νευρική ώση κατά μήκος του νευράξονα του μετασυναπτικού νευρώνα.

Η νευροδιαβιβαστική ουσία δρα για περιορισμένο χρονικό διάστημα, γιατί είτε επαναρροφάται από το προσυναπτικό άκρο είτε αποικοδομείται με τη βοήθεια ενζύμων.

Νόσος Parkinson

Η νόσος Parkinson σχετίζεται με τη μείωση της παραγωγής νευροδιαβιβαστών. Περιγράφηκε το 1871 από τον James Parkinson και τα χαρακτηριστικά συμπτώματά της εμφανίζονται συνήθως στην 5η ή 6η δεκαετία της ζωής:

• ρυθμικό τρέμουλο των μυών
• δυσκολία στην έναρξη μιας εκούσιας κίνησης
• βραδύτητα στην εκτέλεση κινήσεων

Στον εγκέφαλο ατόμων με Parkinson βρέθηκαν μειωμένα ποσά των νευροδιαβιβαστών νοραδρεναλίνης, σεροτονίνης και ιδιαίτερα της ντοπαμίνης. Τα συμπτώματα συχνά ελαττώνονται με ενδοφλέβια χορήγηση της ουσίας L-DOPA (L-3,4-υδρόξυφαινυλαλανίνη), ενός αμινοξέος που αποτελεί πρόδρομη ένωση της ντοπαμίνης· οι θεραπευτικές του ιδιότητες οφείλονται στη μετατροπή του σε ντοπαμίνη μέσα στον εγκέφαλο των ασθενών.