Nervová tkáň Brno, duben 2021 • Nervová tkáň • Neuron • Synapse • Neuroglie • Nerv • Přenos signálu • Vývoj nervové tkáně • Regenerace nervové tkáně Přednáška 9 Nervová tkáň – Obecné vlasnosti Řídí a integruje aktivity složek těla zajišťujících všechny životní funkce Hlavní funkce • Snímání změn senzorickými receptory • Interpretace a zapamatování si těchto změn • Reakce na tyto změny různými efektory Somatický X Autonomní (vegetativní) Centrální nervový systém - CNS Definice: • Nepárové, bilaterálně symetrické struktury uložené v podélné ose těla. • Struktury vznikají přímo z neurální trubice. Zahrnuje: • Mozek • Mícha Periferní nervový systém - PNS Definice: Představuje dráhy spojující CNS s vnějším či vnitřním prostředím. Aferentní (sensorické) dráhy: Přenášejí informace směrem do CNS. Eferentní (motorické) dráhy: Přenášejí informace směrem z CNS. Zahrnuje: • Hlavové nervy (12 párů) • Míšní nervy (31 párů) • Periferní nervy • Ganglia Anatomická stavba nervového systému 1 Anatomická stavba nervového systému 2 Nervová tkáň je tvořena pouze dvěma typy buněk: • Neurony • Neuroglie - gliové buňky (podpůrné) Neurony – vysoce specializované buňky, které přenášejí signály (impulzy) Nervová tkáň – Obecné – Neuron 1 Neuron 2 1. Perikaryon (neurocyt) 2. Výběžky (jednosměrný přenos signálu) - axon (vždy pouze jeden; centrifugální přenos) - dendrit(y) (centripetální přenos) Neuron 3 - PerikaryonUmístění: CNS – šedá hmota PNS – ganglia Tvar: pyramidový, sférický, vejčitý, hruškovitý Velikost: 5 to 150 mm Organely: • Jádro – velké + světlé + prominentní jadérka • Nisslova substance – drsné ER • Neurofibrily (neurofilamenta + neurotubuly + aktin) • Lipofuscin Neuron 4 - Perikaryon Cell and Tissue Ultrastructure – A Functional Perspective; 1993; Cross and Mercer, Freeman and Co.; Page 127 Nisslova substance - TEM Neuron 5 - Perikaryon Nisslova substance Neurofibrily Barveno H-E Impregnace dusičnanem stříbrným Neuron 6 - Perikaryon 10 Granula lipofuscinu Řasinka jako derivát nepotřebného centriolu Neuron 7 – Výběžky 11 Dendrity Kolaterály Axon (větvení axonu, telodendrie) Neuron 8 – Výběžky Axon (nervové vlákno) Dendrity • Přenáší signály směrem k tělu neuronu • Typicky krátké, velmi větvené & nemyelinizované • Povrchy pro kontakt s jinými neurony • Obsahuje neurofibrily & Nisslovu substanci • Obsahuje MAP-2 (rozdíl od axonu) • Desítky tisíc spojů (synapsí na velkých dendritech) • Dendritické trny na dendritech některých neuronů • Počet dendritických trnů klesá s věkem a špatnou výživou • 1 axon odstupuje z těla neuronu – odstupový konus • Odstupový konus – kónická oblast těla neuronu – neobsahuje Nisslovu substanci • Některé axony mohou měřit až 100 cm • Iniciální segment - část axonu od jeho začátku po začátek myelinové pochvy • Iniciální segment – oblast, kde se sumací excitačních a inhibičních signálů generuje finální signál • Kolaterální větve – Terminální arborizace – Telodendrie • Myelinizované nebo nemyelinizované • Přenáší impulzy směrem od těla neuronu • Terminální knoflík – zdruření na konci axonu, obsahuje synaptické váčky s neurotransmitery • Buněčná membrána = axolema • Cytoplasma= axoplasma Bílá hmota: oblasti s myelinizovanými axony Šedá hmota: oblasti s nemyelinizovanými axony, těly buněk a dendrity Neuron 9 – Výběžky Neuron - TEM Odstupový konus Neuron 10 – Axonální transport • Pomalý transport: 1 - 5 mm/day • Rychlý transport: 200 - 400 mm/day Proč? Mnoho proteinů, kterém jsou tvořeny v tělech neuronů, musí být transportováno do axonů a axonálních zakončení: • pro obnovu buněčné membrány, • pro obnovu jako iontových kanálů, neurotransmiterů, enzymů, … Jak? axonálním transportem – obousměrným přesunem proteinů, organel, a jiného materiálu prostředím axonu • anterográdní transport – pohyb směrem od těla axonu (dynein) • retrográdní transport – pohyb směrem k tělu axonu (kinesin) Nervová tkáň – Neuropil 1 15 Pyramidové buňky - impregnation Motoneurony – H+E Motoneurony – kombinovaná technika Všechen materiál vyplňující prostor mezi těly neuronů a gliových buněk + ECM. Nervová tkáň– Neuropil 2 16 Neuropil - TEM Neuron – Klasifikace 1 Podle počtu a uspořádání výběžků Multipolární několik dendritů & jeden axon (nejrozšířenější typ) Bipolární jeden dendrit & jeden axon (retina, vestibulární a kochleární ganglia) Unipolární (pseudounipolární) pouze jeden výběžek (sensorická spinální ganglia)) 18 Podle funkce Motorické (eferentní) neurony: • přenáší impulzy ke svalům, jiným neuronům a žlázám Senzitivní (aferentní) neurony: • snímají a přenášejí signály Interneurony: • vytváří lokální sítě Neuron – Klasifikace 2 Synapse 1 19 Definice Synapse jsou vysoce specializované buněčné spoje, které vzájemně spojují neurony (ve všech drahách) • Terminální knoflík – zakončení axonu • Presynaptická membrána – obsahuje mitochondrie a synaptické váčky s neurotransmitery • Synaptické váčky (menší + větší – zásobní) • Postsynaptická membrána – nese receptory pro neurotransmitery a další denzní materiál • Synaptická štěrbina - 20-30 nm šířka, obsahuje jemná filamenta • Se synapsemi jsou asociovány gliové buňky • Asymetrické synapse - excitační (ztluštělá postsynaptická membrána a 30 nm synaptická štěrbina) • Symetrické synapse - inhibiční (tenká postsynaptická membrána a 20 nm synaptická štěrbina) • Zviditelnění ve světelném mikroskopu vyžaduje speciální barvení Synapse 2 Inhibiční synapse • otevření postsynaptických Cl- (nebo jiný anion) kanálů • influx of anionů • hyperpolarizace membrány postsynaptického neuronu Excitační synapse • otevření postsynaptických Na+ kanálů • influx Na+ do buňky • depolarizace membrány postsynaptického neuronu X Neurotransmitery • Acetylcholin • Amiokyseliny – gluatamát, glycin, GABA (gamma-amminobutyric acid) • Monoaminy – serotonin, catecholaminy, dopamin, adrenalin, … • Neuropeptidy– enkefalin, somatostatin, neurotensin, …. • Další molekuly – adenosin, oxid dusnatý Synapse 3 21 Synapse 4 22 Synapse in TEM Synapse 5 Klasifikace podle participujících struktur Poznámka: Neuromuskulární spojení – synapse mezi neuronem a efektorovou svalovou buňkou Axodendritické Axosomatické Axoaxonální Synapse 7 Jeden neuron může mít 1 000 až 10 000 synapsí !!! Neuroglie – Gliové buňky Obecné vlastnosti • ne-neuronální buňky – několik různých typů • podporují a chrání neurony • spojují neurony k sobě a tvoří podpůrnou kostru nervové tkáně • během vývoje navádějí migrující neurony do jejich destinací • zralé neurony, které nejsou v kontaktu synapsemi • brání vzájemnému kontaktu mezi neurony (izolace) • „ladí“ aktivitu signálních drah • ve světelném mikroskopu jsou vidět pouze jejich jádra • každý neuron je v kontaktu s několika gliovými buňkami Počet neuronů: asi 100 bilionů až 1 trilion Počet gliových buněk: 50x více než neuronů Centrální neuroglie • Astrocyty • Oligodendrocyty • Microglie • Ependymové buňky Periferní neuroglie • Schwannovy buňky • Satelitové (plášťové) buňky Neuroglie – Astrocyty 1 Membrana limitans gliae… …superficialis …perivascularis • nejhojnější gliové buňky CNS • pokrývají celý povrch mozku a většinu nesynaptických oblastí neuronů v šedé hmotě • mají četné funkce: ✓ tvoří podpůrnou kostru nervové tkáně ✓ mají výběžky (perivaskulární nožky) , které jsou v kontaktu s kapilárami a spoluformují hematoencefalickou bariéru ✓ přeměňují krevní glukózu na laktát a předávají jej jako výživu neuronům ✓ produkují „nerve growth factors“, které řídí růst neuronů a formování synapsí ✓ komunikují elektricky s neurony a ovlivňují tak přenos signálu na synapsích ✓ regulují chemické složení tkáňového moku absorbováním neurotransmiterů a iontů ✓ astrocytóza – tuhá jizva tvořená astrocyty v oblasti, kde došlo k úmrti neuronů ✓ obsahují GFAP Neuroglie – Astrocyty 2 plazmatický astrocyt fibrilární astrocyt kapilára perivaskulární nožka (predominantní v šedé hmotě ) (predominantní v bílé hmotě) Neuroglie - Oligodendrocyty ✓ menší než astrocyty; tmavší, okrouhlé jádro, hojné RER, hojný golgiho aparát ✓ tvoří myelinové pochvy v CNS ✓ jedna buňka obsluhuje více jak jeden axon ✓ nemohou migrovat kolem axonů (na rozdíl od Schwannových buněk) – vtlačují nové vrstvy myelinu pod již existující směrem k nervovému vláknu ✓ neurilema ani endoneurium s kolem nervový vláken v CNS nevytváří ✓ výběžky obklopují axony a vytváří izolační vrstvu urychlující přenos signálů ✓ multiple sclerosis – důsledek poškození funkce oligodendrocytů oligodendrocyt Neuroglie - Mikroglie ✓ nejmenší neurogliové buňky ✓ malá, tmavá, protáhlá jádra ✓ mají fagocytární vlastnosti ✓ jsou-li aktivovány – antigen prezentující buňky ✓ mají původ v kostní dřeni (mezodermální) Neuroglie – Ependymové buňky ✓ vystýlají komory v mozku CNS a míšní kanál ✓ kubické až nízké cylindrické ✓ chybí bazální lamina ✓ produkují cerebrospinální mok (CSM) ✓ některé jsou opatřeny řasinkami (pohyb CSM) ✓ spoluvytváří Plexus choroideus Neuroglia – CNS - Sumarizace Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Ependymal cell Cerebrospinal fluid Neurons Astrocyte Perivascular feet Microglia Oligodendrocyte Capillary Myelinated axon Myelin (cut) Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 1 • buňky, které ovinují všechny axony v PNS • poskytují strukturální a metabolickou podpopru axonům • poskytují vedení (navigaci) pro růst axonů X Axony malého průměru Obdávají je cytoplasmou Axony velkého průměru Obtáčejí je myelinovou pochvou pouze Schvannova pochva – šedá vlákna Schwannova + myelinová pochva – dvojitě konturovaná vlákna Neuroglia in PNS – Schwann cells 1Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 2 dvojitě konturované vlákno (myelinizované) šedé vlákno (ne-myelinizované) Neuroglia in PNS – Schwann cells 2 Axony malého průměru Nemyelinizovaná vlákna Jedna Schwannova obdává několik axonů (typické pro autonomní nervový systém) pouze Schwannova pochva – šedé nervové vlákno Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 3 Myelinizace • začíná ve 14-tém týdnu vývoje • pokračuje rychle v novorozeneckém období • dokončuje se v adolescenci Axony velkého průměru Myelinizovaná vlákna Mesaxon Myelinová pochva Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 4 Schwannova pochva + Myelinová pochva Dvojitě konturované nervové vlákno = Neurilema Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 5 Myelinová pochva je segmentovaná = mnoho Schvannových buněk je potřeba k pokrytí celé délky axonu Schmidt-Lantermanovy štěrbiny - Cytoplazma Schvannových buněk zachycená mezi lamelami myelinu Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 6 Internodální segment 200 – 1500 mm Ranvierův zářez Schmidt-Lantermanovy šterbiny Neuroglie PNS – Schwannovy buňky 7 Neuroglie – Funkční efekt myelinizace Přenos signálu Saltatorní (salta=skok) Ne-myelinizované axony – pomalý (0.5 – 2 m/s) Myelinizované axon – rychlé (15 – 20 m/s) Periferní nerv – Organizace 1 Pojivová tkáň spoluvytvářející nerv: • Endoneurium – obdává axony • Perineurium – obdává svazky • Epineurium – obdává celý nerv Neurilema Sestává ze 100 a 100 000 tisíc myelinizovaných a nemyelinizovaných axonů (nervových vláken) epineurium perineurium endoneurium Periferní nerv – Organizace 2 perineurium endoneurium Axony s myelinovou pochvou Periferní nerv – Organizace 3 Gastrulace Vznik tří zárodečných listů Ektoderm: vně, překrývá další zárodečné listy, dává vznik kůži a nervové tkáni. Mesoderm: middle layer, generates most of the muscle, blood and connective tissues of the body and placenta. Endoderm: eventually most interior of embryo, generates the epithelial lining and associated glands of the gut, lung, and urogenital tracts. Nervová tkáň – Vývoj 1 Neurální indukce Signály z primitivního uzlu indukují vznik neurální ploténky Nervová tkáň – Vývoj 2 Entoderm + Mezoderm BMP-4 Ektoderm dif. na Kůži Primitivní uzel BMP-4 antagonisti Ektoderm dif. na Nervovou tkáň noggin chordin follistatin X Neurulace Skládání a uzavírání neurální ploténky • neurální valy se uzavírají • buňky neurální lišty delaminují z neuroektodermu a migrují do vzdálených destinací • neurální trubice se uzavírá nejprve uprostřed a potom zipovitě směrem kraniálním a kaudálním • kraniální neuropor se uzavírá cca ve dni 25 • kaudální neuropor se uzavírá cca ve dni 28 Nervová tkáň – Vývoj 3 Časná nervová trubice je víceřadý epitel • “apikální” strana je přivrácena do centrálního kanálu • “bazální” strana je přivrácena k okolním strukturám (somity, notochord, etc.). • dělící se buňky jsou na apikální straně Nervová tkáň – Vývoj 4 S G2 M G0 G1 Neurální lišta “4th zárodečný list” Signály z: • Mesodermu • Přilehlé kůže • Neurální ploténky Buňky neurální lišty • Snižují expresi kadherinu • Delaminují z neuroepitelu • Transformují se do migratorních mezenchymálních buněk • Dají vznik mnoha buněčným typům Nervová tkáň – Vývoj 5 Deriváty neurální lišty Nervová tkáň – Vývoj 6 Regenerace nervové tkáně - CNS Kmenová / progenitorové buňky přítomné v různých oblastech mozku Celoživotní plasticita CNS • Vývoj nových dendritů a jejich větvení • Syntéza nových proteinů • Změny v synaptických kontaktech Axony i dendrity mohou být opraveny pokud: • Tělo neuronu je nepoškozené • Schwannovy buňky jsou aktivní a jsou schopny tvořit navigační dráhu • Jizva ve tkáni se nevytvoří příliš rychle poranění Rozpad axonu Rozpad myelinové pochvy Dělení Schvannových buněk Růst axonu (1.5 mm/day) Navigace Schvannovými buňkami Zánik kolaterální axonů Regenerace nervové tkáně - PNS Děkuji za pozornost! Otázky a komentáře na: ahampl@med.muni.cz