Трофическая функция нервных клеток. Замкнутые трофические системы. Развитие вегетативной нервной системы

НЕРВНАЯ КЛЕТКА (син.: нейрон, нейроцит ) - основная структурная и функциональная единица нервной системы.

История

Нервная клетка открыта в 1824 г. Дютроше (R. J. H. Dutrochet), подробно описана Эренбергом (С. G. Ehrenberg, 1836) и Я. Пуркинье (1837). Первоначально Нервную клетку рассматривали самостоятельно, вне связи с нервными волокнами, образующими периферические нервы. В 1842 г. Г. Гельмгольц первым отметил, что нервные волокна являются отростками Нервных клеток. В 1863 г. Дейтерсом (О. F. С. Deiters) был описан второй тип отростков Нервных клеток, позднее названных дендритами. Термин «нейрон» для обозначения в совокупности тела Нервной клетки (сомы) с дендритными отростками и аксоном предложил В. Вальдейер в 1891 г.

Большое значение для определения Нервной клетки как функциональной единицы имело открытие Валлером (А. V. Waller) в 1850 г. явления перерождения аксонов после их отделения от сомы Н. к.- так наз. Валлера перерождения (см.); оно показало необходимость сомы Н. к. для питания аксона и дало надежный метод прослеживания хода аксонов определенных клеток. Огромную роль сыграло также обнаружение способности миелиновой оболочки аксонов связывать ионы тяжелых металлов, в частности осмия, что легло в основу всех последующих морфол, методик изучения межнейронных связей. Значительный вклад в становление концепции о Н. к. как структурной единице нервной системы внесли Р. Келликер, К. Гольджи, С. Рамон-и-Кахаль и др. По мнению Вальдейера, Келликера и С. Рамон-и-Кахаля, Н. к. имеет отростки, к-рые лишь контактируют друг с другом, но нигде не переходят друг в друга, не сливаются вместе (так наз. нейронный тип строения нервной системы). К. Гольджи и ряд других гистологов (И. Апати, А. Бете) отстаивали противоположную точку зрения, рассматривая нервную систему как непрерывную сеть, в к-рой отростки одной Н. к. и содержащиеся в ней фибриллы, не прерываясь, переходят в следующую Н. к. (нейропильный тип строения нервной системы). Только с введением в практику морфол, исследований электронного микроскопа, обладающего достаточно высокой разрешающей способностью для точного определения структуры области соединения Н. к. между собой, спор был окончательно решен в пользу нейронной теории (см.).

Морфология

Н. к. является отростчатой клеткой с четким разграничением на тело, ядерную часть (перикарион) и отростки (рис. 1). Среди отростков выделяют аксон (нейрит) и дендриты. Аксон морфологически отличается от дендритов своей длиной, ровным контуром; разветвления аксона, как правило, начинаются на большом расстоянии от места отхождения (см. Нервные волокна). Концевые ветвления аксона получили название телодендрий. Участок телодендрия от места окончания миелиновой оболочки до первого ветвления, представленного специальным расширением отростка, называется претерминальным; остальная его часть образует терминальную область, заканчивающуюся пресинаптическими элементами. Дендритами (термин предложен В. Гисом в 1893 г.) называют отростки разной длины, обычно более короткие и ветвистые, чем аксоны.

Всем Н. к. свойствен ряд общих признаков, однако у нек-рых типов Н. к. имеются характерные особенности, обусловленные их положением, занимаемым в нервной системе, особенностями связей с другими Н. к., иннервируемым субстратом и характером функц, активности. Особенности связей Н. к. отражаются в их конфигурации, определяемой количеством отростков. По типу конфигурации выделяют (рис. 2, 3) три группы Н. к.: униполярные - клетки с одним отростком (аксоном); биполярные - клетки с двумя отростками (аксоном и дендритом); мультиполярные, имеющие три и более отростков (один аксон и дендриты). Выделяют также псевдоуниполярные Н. к., у к-рых отростки отходят от перикариона общим конусом, затем идут, составляя единое образование, к-рое в последующем Т-образно ветвится на аксон (нейрит) и дендрит (рис. 3). В пределах каждой из морфол, групп Н. к. форма, характер отхождения и ветвления отростков могут значительно варьировать.

Существует классификация Н. к., учитывающая особенности ветвления их дендритов, степень морфол, различий между аксоном и дендритами. По характеру ветвления дендритов Н.к. делят на изодендритические (с большим радиусом распространения немногочисленных маловетвистых дендритов), аллодендритические (с более сложным рисунком ветвления дендритов) и идиодендритические (со своеобразным ветвлением дендритов, напр, грушевидные нейроциты, или клетки Пуркинье мозжечка). Такое деление Н. к. основано на изучении препаратов, приготовленных по методу Гольджи. Эта классификация разработана для Н. к. центральной нервной системы. Для Н.к. вегетативной нервной системы из-за сложной и многообразной конфигурации их отростков (аксонов и дендритов) четких критериев нет.

Существуют функц, классификации Н. к., основанные, в частности, на особенностях их синтетической активности: холинергические (их эффекторные окончания секретируют ацетилхолин); монаминергические (секретируют дофамин, норадреналин, адреналин); серотонинергические (секретируют серотонин); пептидергические (секретируют различные пептиды и аминокислоты) и т. д. Кроме того, выделяют так наз. нейросекреторные Н. к., основной функцией к-рых является синтез нейрогормонов (см. Нейросекреция).

Различают клетки чувствительные (афферентные, или рецепторные), воспринимающие воздействие разных факторов внутренней и окружающей среды; вставочные, или ассоциативные, осуществляющие связь между Н. к., и эффекторные (двигательные, или моторные), осуществляющие передачу возбуждения на тот или иной рабочий орган. У позвоночных животных афферентные Н. к., как правило, относятся к униполярным, биполярным или псевдоуниполярным. Афферентные Н. к. вегетативной нервной системы, вставочные, а также и эфферентные Н. к.- мультиполярны.

Особенности деятельности Н. к. предполагают необходимость их деления на части со строго определенными функц, задачами: перикарион - это трофический центр Н. к.; дендриты - проводники нервного импульса к Н. к.; аксон - проводник нервного импульса от Н. к. Части аксона характеризуются функц, неравнозначностью: аксонный холмик (т. е. конусовидное образование, отходящее от тела Н. к.) и начальный сегмент (т. е. отрезок, находящийся между аксонным холмиком и собственно нервным волокном) являются областями, где возникает возбуждение; собственно нервное волокно проводит нервный импульс (см.); телодендрий обеспечивает условия для передачи нервного импульса к месту синаптического контакта, а его терминальная часть формирует пресинаптический отдел синапсов (см.).

Несколько иные взаимоотношения между разными частями Н. к. свойственны Н. к. беспозвоночных животных, в нервной системе к-рых много униполярных Н. к. Отростки этих Н. к. подразделяются на три последовательных сегмента - проксимальный, или вставочный (служит связующим звеном между перикарионом и расположенной ниже рецептивной частью отростка), рецептивный (по своему значению аналогичен дендриту) и аксон (отрезок нервного волокна, обеспечивающий проведение нервного импульса с рецептивной области на другую Н. к. или на иннервируемый орган).

Н. к. имеют разные размеры. Диаметр их перикариона колеблется от 3 до 800 мкм и более, а общий объем клетки в пределах 600-70000 мкм 3 . Длина дендритов и аксонов варьирует от нескольких микрометров до полутора метров (напр., дендриты спинномозговых клеток, иннервирующих конечности, или аксоны мотонейронов, также иннервирующих конечности). Все составные части клетки (перикарион, дендриты, аксон, окончания отростков) находятся в неразрывной функц, связи, и изменения в любой из этих структур неизбежно влекут за собой изменения в других.

Ядро составляет основу генетического аппарата Н. к., выполняя гл. обр. функцию производства рибонуклеиновых к-т. Как правило, Н. к. диплоидны, однако есть клетки, обладающие большей степенью плоидности. В мелких Н. к. ядра занимают большую часть перикариона. В крупных Н. к., с большим количеством нейрогшазмы, доля ядерной массы несколько меньшая. Основываясь на особенностях взаимоотношений между массой ядра и цитоплазмой перикариона, различают соматохромные Н. к.-- клетки, основную массу к-рых составляет цитоплазма, и кариохромные Н. к.- клетки, в к-рых ядро занимает большой объем. Ядро обычно округлой формы, однако форма может варьировать. Методом микрокиносъемки Н. к. в культуре тканей удается регистрировать двигательную активность ядра (оно медленно вращается). Хроматин ядра мелкодисперсен, поэтому ядро относительно прозрачно (рис. 4). Хроматин (см.) представлен нитями диам. 20 нм, составленными из более тонких нитчатых структур, закрученных спирально. Нити, собранные вместе, могут составлять более или менее крупные частицы, лучше выраженные в ядрах мелких кариохромных Н. к. Между глыбка-ми хроматина находятся интерхро-матиновые гранулы (диам, до 20-25 п.ч) и перихроматиновые частицы (диам. 30-35 нм). Все эти структуры: распределены в кариоплазме, представленной тонковолокнистым материалом. Ядрышко крупное, неправильно округлой формы. В зависимости от функц, состояния Н. к. количество ядрышек в ней может варьировать. Состоит ядрышко из плотных гранул диам. 15-20 нм и тонких филаментов, располагающихся зонально. Выделяют гранулярную часть, состоящую в основном из гранул, и фиброзную, представленную филаментами; обе части переплетены между собой. Методами электронной микроскопии и гистохимии показано, что обе части ядрышка содержат рибонуклеопротеиды. Ядерная оболочка состоит из двух мембран толщиной ок. 7 нм, разделенных межмембранным пространством. Внутренняя мембрана гладкая, на кариоплазматической стороне ее лежит волокнистая пластинка неравномерной толщины, состоящая из тонких волокон, формирующих плотную ячеистую сеть. Наружная мембрана имеет неровный контур. На цитоплазматической стороне ее располагаются рибосомы (см.). По периметру ядерной оболочки существуют участки, где внутренняя и наружная мембраны переходят друг в друга - это ядерные поры (рис. 5).

Площадь ядерной оболочки, занятой порами, колеблется от 5% (у Н. к. эмбрионов) до 50% и более (у Н. к. взрослых особей).

Н. к. со всеми ее элементами окружена плазматической мембраной - неврилеммой, имеющей те же принципы организации, что и все биол, мембраны (см. Мембраны биологические); отклонения в строении характерны в основном для области синапсов.

Цитоплазма Н. к. (нейроплазма) содержит обычные для всех типов клеток структурные части. Вместе с тем в перикарионе Н. к. при применении специальных методов обработки обнаруживаются два вида специфических структур - базофильное вещество, или хроматофильное вещество Ниссля (тельца Ниссля), и нейрофибриллы.

Вещество Ниссля представляет собой систему глыбок разной формы, величины, располагающихся в основном в перикарионе и начальных отделах дендритов. Специфика структуры вещества Ниссля для каждого типа Н. к. отражает гл. обр. состояние их метаболизма.

Электронно-микроскопическим эквивалентом вещества Ниссля является гранулярный Эндоплазматический ретикулум, или зернистость Пелейда (рис. 6). В крупных мотонейронах ретикулум формирует упорядоченную трехмерную сетчатую структуру. В мелких нейронах ц. н. с. (напр., во вставочных Н. к.) и в афферентных Н. к. вещество Ниссля представлено беспорядочно расположенными цистернами и их группами. Наружная поверхность мембран, ограничивающих цистерны, усеяна рибосомами, составляющими ряды, петли, спирали, группы. Свободные рибосомы, располагающиеся между цистернами, кат: правило, формируют полисомы. Кроме того, рибосомы и полисомы рассеяны но всей цитоплазме Н. к. Небольшое количество их присутствует в аксонном холмике.

Рис. 7. Электронограмма аксонного холмика и инициального сегмента аксона нервной клетки: 1 - аксонный холмик, 2 - митохондрии, 3 -- микротрубочки, 4 - плотный слой, 5 - пузырьки, 6 - нейрофибриллы, 7 - инициальный сегмент.

Агранулярный ретикулум состоит из цистерн, трубочек, иногда разветвленных, распределенных по нейроплазме без какой-либо системы. Элементы агранулярного ретикулума обнаруживаются в дендритах и аксонах, где они в виде трубочек с редкими ответвлениями идут в продольном направлении (рис. 7, 8).

Своеобразной формой агранулярного ретикулума являются субмембранные цистерны в Н. к. коры головного мозга и слухового узла. Субмембранные цистерны располагаются параллельно поверхности плазмолеммы. Они отделены от нее узкой светлой зоной в 5-8 нм. Иногда в светлой зоне обнаруживается материал низкой электронной плотности. Субмембранные цистерны на концах имеют расширения и соединяются с гранулярным и агрануляр-ным ретикулумом.

В Н. к. хорошо выражен аппарат Гольджи (см. Гольджи комплекс), представляющий собой систему переплетающихся тяжей и вакуолей, располагающихся в средней зоне перикариона по всему периметру ядра и заходящих в начальные отделы дендритов; в аксон элементы комплекса Гольджи не проникают. Электронно-микроскопически комплекс Гольджи - это система широких, уплощенных, изогнутых цистерн, вакуолей, пузырьков разной величины. Все эти образования формируют обособленные комплексы, часто переходящие друг в друга. В пределах каждого из комплексов цистерны ветвятся и могут анастомо-зировать между собой. В цистернах есть крупные, располагающиеся на равных расстояниях друг от друга отверстия. В составе комплекса Гольджи располагаются пузырьки разной формы и размера (от 20 до 60 мкм). Мембрана у большей части пузырьков гладкая. Методом электронной гистохимии в составе содержимого пузырьков обнаружена кислая фосфатаза, один из маркерных ферментов лизосом.

В нейроплазме содержатся также мелкие гранулы, идентифицируемые как пероксисомы. Гистохим, методами в них выявлены пероксидазы. Гранулы обладают электронноплотным содержимым и вакуолями с низкой электронной плотностью, расположенными по периферии. Характерным для нейроплазмы является наличие мультивезикулярных телец - сферических образований диам. ок. 500 нм, окруженных мембраной и содержащих различные количества мелких пузырьков различной плотности.

Митохондри и - округлые, удлиненные, иногда ветвистые образования - располагаются в нейроплазме перикариона и всех отростков Н. к.; в перикарионе их расположение лишено определенных закономерностей, в нейроплазме клеточных отростков митохондрии ориентированы вдоль хода микротрубочек и микрофиламентов. Методом микрокиносъемки Н. к. в культуре тканей выявлено, что митохондрии находятся в постоянном движении, изменяя форму, размер и месторасположение. Основные черты строения митохондрий Н. к. те же, что и в других клетках (см. Митохондрии). Особенностью митохондрий Н. к. является почти полное отсутствие в составе их матрикса плотных гранул, служащих показателем наличия ионов кальция. Предполагают, что митохондрии Н. к. образованы двумя различными популяциями: митохондрии перикариона и митохондрии концевых структур отростков. Основой для разделения митохондрий на разные популяции послужили различия в наборах их ферментов.

Нейрофибриллы являются одним из специфических компонентов Н. к. Они выявлены путем импрегнации солями тяжелых металлов. Электронно-микроскопическим эквивалентом их служат пучки нейрофиламентов и микротрубочек. Микротрубочки - это длинные цилиндрические неразветвленные образования диам. 20-26 нм. Ней-рофиламенты тоньше микротрубочек (диам. 8-10 нм), имеют вид трубочек с просветом 3 нм. Эти структуры в перикарионе занимают практически все пространство, свободное от других органелл. Достаточно строгой ориентации они не имеют, но лежат параллельно друг другу и объединяются в рыхлые пучки, огибающие другие составные части ней-роплазмы. В аксональном холмике и начальном сегменте аксона эти образования складываются в более плотные пучки. Микротрубочки в них разделены пространством в 10 нм и связаны друг с другом поперечными связями так, что формируют гексагональную решетку. Каждый пучок обычно содержит от 2 до 10 микротрубочек. Эти структуры принимают участие в движении цитоплазмы (аксоплазматическом токе), а также в токе нейроплазмы в дендритах. Существенную часть белков микротрубочек составляют тубулины - кислые белки с мол. весом (массой) порядка 60 000. Диссоциация этих белков в патол, условиях известна как нейрофибриллярная дегенерация.

В Н. к. разных типов обнаружены реснички, отходящие от перикариона. Как правило, это одна ресничка, имеющая то же строение, что и реснички других клеток. Базальное тельце реснички также не отличается от соответствующих структур других клеточных форм. Однако для реснички Н. к. характерно наличие связанной с ней центриоли.

Особенности строения нейросекреторных нервных клеток. В ядрах гипоталамуса, в нек-рых моторных ядрах стволовой части головного мозга, спинном мозге, в ганглиях в. н. с. пищеварительного тракта располагаются нейросекреторные Н. к. В их структуре по сравнению с Н. к., выполняющими другие функции, имеются отличия (рис. 9, 10).

Размеры перикариона различных нейросекреторных элементов значительно варьируют. Величина отростков очень разнообразна. Наиболее длинные из них относят к аксонам (они толще по сравнению с аксонами других Н. к.). Аксоны клеток контактируют с сосудами, глиоцитами (см. Нейроглия) и, видимо, с другими элементами.

Ядра нейросекреторных элементов существенно отличаются но своему строению от ядер других Н. к. Они разнообразны по форме, часто встречаются двухъядерные и даже многоядерные клетки. Все составные части ядра выражены четко. Ядрышко не имеет строгой локализации. В ка-риолемме имеется большое количество пор.

Относительно особенностей тонкого строения оболочки нейросекреторных Н. к. известно мало. Вещество Ниссля, как правило, локализуется в периферической части перикариона и в участках цитоплазмы, располагающихся во вдавлений ядра. Цистерны эндоплазматического ретикулума ориентированы параллельно друг другу; в околоядерной зоне они малы, лежат беспорядочно и относительно рыхло. Элементы гранулярного эндоплазматического ретикулума проникают в начальные участки всех отростков Н. к., так что в области отхождения отростков невозможно отдифференцировать дендриты от аксонов. Комплекс Гольджи имеет типичное строение, однако элементы его локализованы преимущественно у места отхождения аксона, по к-рому выводится основная масса секрета. Митохондрии нейросекреторных клеток крупные, располагаются в перикарионе и отростках. Кристы у митохондрий хорошо выражены, имеют трубчатое строение.

В нейроплазме нейросекреторных клеток обнаружены нейрофиламенты, микротрубочки, лизосомы на разных стадиях формирования, мультивезикулярные тельца, ли-пофусциновые гранулы. Нейрофи-ламенты и микротрубочки локализованы в основном в периферической зоне перикариона и в отростках. Нейросекреторный материал представлен гранулами, электронно-нлотный материал к-рых окружен элементарной мембраной. Секреторные гранулы рассеяны по всей клетке. В аксонах они местами образуют скопления, величина к-рых пропорциональна диаметру аксона. Помимо нейросекреторных гранул (рис. 11, 12), в этих же областях содержатся митохондрии, лизосомы, мультивезикулярные тельца, нейро-филаменты и микротрубочки. Участки аксона, где скапливаются нейросекреторные гранулы, называются тельцами Херринга. Местом образования нейросекрета является пе-рикарион. В нейросекреторных клетках существуют ритмы секреции, фазы секреторной активности чередуются с фазами восстановления, причем отдельные клетки даже после интенсивной стимуляции могут находиться в различных фазах, т. е. работать несинхронно, что позволяет всей популяции нейросекреторных элементов бесперебойно функционировать. Выделение гормонов происходит гл. обр. через окончания аксонов.

Физиология

Н. к., аксоны к-рых выходят за пределы ц. н. с. и заканчиваются в эффекторных структурах или в периферических нервных узлах, получили название эфферентных (двигательных, если они иннервируют мускулатуру). Аксон двигательной клетки (мотонейрона) на основной своей части не дает разветвлений; он ветвится только в конце, при подходе к иннервируемому органу. Небольшое количество ответвлений может быть также в самой начальной части аксона, епте до выхода его из мозга - так наз. аксонные коллатерали.

Второй группой являются чувствительные, или афферентные Н. к. Их тело обычно имеет простую округлую форму с одним отростком, к-рый затем Т-образно делится. После деления один отросток направляется на периферию и образует там чувствительные окончания, второй- в ц. н. с., где ветвится и формирует синаптические окончания, заканчивающиеся на других клетках.

В ц. н. с. имеется множество Н. к., не относящихся ни к первому, ни ко второму типу. Они характеризуются тем, что их тело расположено внутри ц. н. с. и отростки также не покидают ее. Эти Н. к. устанавливают связи только с другими Н. к. и обозначаются как вставочные Н. к., или промежуточные нейроны (интернейроны). Вставочные Н. к. различаются по ходу, длине и ветвлению отростков. Области функц, контакта Н. к. называются синаптическими соединениями или синапсами (см.). Окончание одной клетки образует пресинаптическую часть синапса, а часть другой Н. к., к к-рой прилежит это окончание,- постсинаптическую его часть. Между пре- и постсинаптическими мембранами синаптического соединения имеется синаптическая щель. Внутри пресинаптического окончания всегда находят большое количество митохондрий и синаптических пузырьков (синаптических везикул), содержащих те или другие медиаторы.

Встречаются также такие соединения между Н. к., в к-рых контактирующие мембраны очень сближены между собой и синаптическая щель практически отсутствует. В контактах Н. к. подобного ряда возможна прямая электрическая передача межклеточных влияний (так наз. электрический синапс).

Синаптические процессы, протекающие в нервных клетках. До 50-х гг. 20 в. заключения о природе процессов, протекающих в Н. к., делались лишь на основании косвенных данных - регистрации эффекторных реакций в иннервируемых данными клетками органах или регистрации нервных импульсов. Был сделан вывод, что в Н. к. в отличие от нервных волокон возможно сохранение относительно длительных локальных процессов, к-рые могут либо суммироваться с другими такими же процессами, либо, наоборот, угнетать их («центральные возбудительные и тормозные состояния»). Представления о таких процессах были впервые сформулированы И. М. Сеченовым и подробно обоснованы Ч. Шеррингтоном.

Первые исследования временного течения таких процессов в двигательных клетках спинного мозга были проведены в 1943 г. амер. исследователем Ллойдом (D. Р. С. Lloyd) на препарате, представляющим собой двухнейронную (моносинаптическую) рефлекторную дугу, образованную афферентными волокнами от рецепторов растяжения мышечных веретен. Поступление импульсов по этим афферентным волокнам, связанным синаптическими соединениями прямо с мотонейронами соответствующей мышцы, вызывало в ней состояние повышенной возбудимости, к-рое длилось, постепенно затухая, ок. 10 мсек и могло быть выявлено повторной (тестирующей) афферентной волной, посылаемой через различные интервалы времени после первой. Поступление к мотонейронам афферентной волны от мышцы-антагониста вызывало, наоборот, снижение возбудимости, имевшее примерно такое же временное течение.

Прямое исследование процессов, протекающих в Н. к., стало возможным после разработки методики внутриклеточного отведения потенциалов (см. Микроэлектродный метод исследования). Исследования Дж. Экклса и сотр. (1952) показали, что для Н. к., как и для других клеточных образований, характерна постоянная электрическая поляризация поверхностной мембраны (мембранный потенциал) порядка 60 мв. При поступлении нервного импульса к расположенным на Н. к. синаптическим окончаниям в Н. к. развивается градуальная деполяризация мембраны (т. е. снижение мембранного потенциала), получившая название возбуждающего постсинаптической) потенциала (ВПСП). Единичный ПСП быстро нарастает (за 1 -1,5 мсек) и затем экспоненциально спадает; общая длительность процесса составляет 8-10 мсек. При поступлении серии последовательных импульсов по одним и тем же преси-наитическим путям (или серии импульсов по различным путям) ВПСП алгебраически суммируются (явление так наз. временной и пространственной суммации). В случае достижения в результате такой суммации характерного для данной Н. к. критического уровня деполяризации в ней возникает потенциал действия, пли нервный импульс, (см.). Т. о., суммирующиеся ВПСП являются основой центрального возбудительного состояния. Причиной развития ВПСП является выделение прилегающими к Н. к. пресинаитиче-скттми окончаниями иод влиянием поступившего к ним нервного импульса хим. вещества - медиатора (см.), к-рый диффундирует через синаптическую щель и взаимодействует с хеморецептивными группировками постсинаптической мембраны. Происходит повышение проницаемости этой мембраны для определенных ионов (обычно калия и натрия). В результате под действием постоянно существующих концентрационных ионных градиентов между цитоплазмой клетки и внеклеточной средой возникают ионные токи, к-рые и являются причиной снижения мембранного потенциала. Считают, что повышение ионной проницаемости мембраны Н. к. определяется наличием в ней особых белковых высокомолекулярных комплексов - так наз. ионных каналов (см. Ионофоры), к-рые после взаимодействия медиатора с рецепторной группировкой приобретают способность эффективно пропускать определенные ионы. ВПСП обнаружены во всех Н. к., имеющих синаптический механизм возбуждения, и являются обязательным компонентом синаптической передачи возбуждения.

Дж. Экклсом и сотр. показано также, что в двигательных нейронах спинного мозга при их синаптическом торможении возникают электрические явления, противоположные тем, к-рые имеют место при синаптическом возбуждении. Они заключаются в увеличении мембранного потенциала (гиперполяризации) и получили название тормозящего постсинаптического потенциала (ТПСП). ТПСП имеют примерно те же закономерности временного течения и суммации, что и ВПСП. Если ВПСП возникают на фоне ТПСП, то они оказываются ослабленными и генерация распространяющегося импульса затрудняется (рис. 13).

Причиной генерации ТПСП также является выделение медиатора соответствующими преспнаптическими окончаниями и взаимодействие его с рецепторными группировками постсинаптической мембраны. Возникающее в результате такого взаимодействия изменение ионной проницаемости (в основном для калия и хлора) создает возможности для по явления гиперполяриющего ионного тока.

ТПСП возникают в Н. к. всех отделов мозга и являются основой центрального тормозного состояния.

Возбуждающие и тормозящие медиаторы. Наиболее изучено действие медиаторных веществ в синаптических соединениях, расположенных по периферии. В окончаниях аксонов мотонейронов, возбуждающих постсинаптическую мембрану скелетных мышечных волокон (так наз. концевых пластинок), медиатором является ацетилхолин (см.); он же выделяется в окончаниях преганглионарных нейронов симпатического и парасимпатического отделов нервной системы, образующих синаптические соединения с постганглионарный и нейронами периферических вегетативных ганглиев (см. Вегетативная нервная система). Синаптические окончания постганглионарных нейронов симпатической нервной системы выделяют норадреналин (см.), а таких же нейронов парасимпатической системы - ацетилхолин. Однако в отличие от того, что имеет место в синаптических соединениях мотонейронов, в синапсах парасимпатических волокон, иннервирующих сердце, ацетилхолин приводит к гиперполяризации постсинаптической мембраны и торможению. Т. о., тип выделяемого преспнаптическим окончанием медиатора не определяет однозначно функц, характера синаптического соединения; он зависит также и от типа постсинаптического рецептора и связанного с ним ионного канала.

В синаптических соединениях ц. н. с. установление типа медиатор-ного химизма затруднено тем, что при любой рефлекторной деятельности происходит активация огромного количества Н. к. и различных типов синапсов на них. Существенную помощь в решении этого вопроса оказал метод микроионофоретического подведения к отдельным Н. к. различных веществ (см. Микроионофорез). Такие исследования показали, что ацетилхолин и норадреналин сравнительно редко являются медиаторами в синаптических соединениях ц. н. с. Поскольку сильное деполяризующее действие на большинство Н. к. оказывает глутаминовая кислота (см.), то возможно, что именно она (или ее производные) является здесь более распространенным возбуждающим медиатором.

Действие, аналогичное синаптическому торможению, оказывает в мотонейронах спинного мозга аминокислота глицин (см.), к-рую рассматривают как естественный медиатор постсинаптического торможения. Предполагается, что тормозящее синаптическое действие могут выполнять также и другие вещества, в частности гамма-аминомасляная кислота (см.).

Четкая специализация синаптргче-ских окончаний по типу выделяемого ими медиатора связана, очевидно, с особенностями биохим, процессов, протекающих в соответствующих Н. к. Предположение, высказываемое ранее, о том, что одна и та же Н. к. способна синтезировать и выделять через одни и те же (или различные) синаптические окончания различные медиаторы, не соответствует действительности. Доказано, что одна Н. к. может синтезировать только один тип медиаторного вещества (так наз. принцип Дейла). Примером может быть мотонейрон спинного мозга, к-рый выделяет ацетилхолин как через окончания аксона в иннервируемой мускулатуре, так и через окончания возвратных аксонных коллатералей, синаптически связанных со вставочными Н. к. спинного мозга.

Хотя тип выделяемого Н. к. медиатора не определяет однозначно функцию синаптического соединения, однако в подавляющем большинстве случаев все синаптические окончания данной Н. к. выполняют одинаковую функц, роль (возбуждающую или тормозящую). Поэтому можно считать обоснованным разделение Н. к. на клетки возбуждающие и тормозящие. Возбуждающими являются все чувствительные и двигательные Н.к. Среди промежуточных тормозящих Н. к. идентификация была проведена лишь недавно. В большинстве случаев эти Н. к. являются короткоаксонными; основной трудностью идентификации является нахождение способов избирательного прямого раздражения Н. к., необходимого для вызова в тормозной Н. к. моносинаптического ТПСП. В нек-рых случаях тормозящие Н.к. имеют аксоны, распространяющиеся на значительные расстояния (напр., клетки Пуркинье мозжечка или нек-рые нисходящие Н.к. вестибулоспинального тракта).

Встречаются также Н. к. со смешанной, возбуждающе-тормозящей функцией. Так, у беспозвоночных описаны холинергические нейроны, синаптически связанные с двумя другими последующими нейронами. Однако в одном из этих нейронов генерируются ВПСП, а в другом - ТПСП.

Синтез медиаторных веществ в синаптических окончаниях происходит за счет предшественников, поступающих по аксону из тела Н.к. вместе с током аксоплазмы. В нек-рых типах Н. к. медиатор может транспортироваться в окончательной форме, напр, в моноаминоергических нейронах. Накопление медиатора происходит в основном в синаптических везикулах, хотя нек-рое количество его может находиться и вне их.

При поступлении нервного импульса в пресинаптическом окончании происходит одновременное высвобождение большого количества «квантов» медиатора, находящегося в одном пузырьке (расчеты показывают, что он содержит много тысяч молекул вещества). Необходимым условием для этого процесса является возникновение в синаптическом окончании входящего потока ионов кальция через специальные кальциевые ионные каналы. Непосредственный механизм действия ионов кальция внутри пресинаптического окончания еще до конца не ясен.

Функц, свойства пресинаптических окончаний в зависимости от условий их активации могут в значительных пределах изменяться; такие изменения обозначаются как «пластичность» окончаний. При сравнительно редких частотах поступающих нервных импульсов (10-30 имп/сек) синаптическое действие постепенно ослабевает до определенного стационарного уровня. По-видимому, эти изменения отражают изменение количества медиатора, выделяемого пресинаптическим окончанием на каждый импульс.

При активации пресинаптических окончаний с высокой частотой (100 имп/сек и более) происходит существенное изменение их функций, выражающееся в длительном (до нескольких минут) и значительно усиленном синаптическом действии. Это явление, открытое Ллойдом в 1949 г., обозначается как посттетаническая потенциация. Причина потенциации не вполне ясна. Отчасти она может быть связана с развитием длительной следовой гиперполяризации мембраны пресинаптических волокон после прохождения по ним высокочастотной серии импульсов. Посттетаническая потенциация синаптического действия привлекает к себе внимание как один из возможных механизмов «проторения» нервных путей в ц. н.с., благодаря к-рому часто употребляемый («тренированный») путь может становиться предпочтительным по сравнению с другими («нетренированными») путями. Однако неоЬходимо учитывать, что посттетаническая потенциация развивается только в тех окончаниях, через к-рые проходит частая импульсация, т. е. носит гомосинаптический характер; она не передается на соседние пресинаптические пути и поэтому не может быть использована (без дополнительных допущений) для объяснения образования временной связи типа условного рефлекса (см.). Кроме того, частота импульсаций, необходимая для развития постте-танической потенциации, очень высока и существенно превышает ту, к-рая имеет место в Н.к. при их естественной деятельности (10-20 имп/сек).

Деятельность пресинаптических окончаний может регулироваться также при помощи особого механизма. На нек-рых синаптических окончаниях локализуются другие окончания, образующие так наз. аксоаксональные синапсы. Такие синапсы при своей активации деполяризуют мембрану окончаний, на к-рых они локализуются, ослабляя эффективность их действия (явление пресинаптического торможения). Это явление наиболее изучено в синаптических соединениях, образуемых центральными разветвлениями афферентных волокон. Аксо-аксональные синапсы в них образованы особыми вставочными Н. к. (вероятно, Н.к. желатинозной субстанции спинного мозга), к-рые синаптически возбуждаются терминалями афферентных Н. к. Медиатором аксо-аксональных синапсов является, по-видимому, гамма-аминомасляная кислота.

Функциональные особенности нервной клетки

Тело и дендриты Н. к. являются структурами, в которых происходит интеграция многочисленных влияний. Взаимодействие ВПСП и ТПСП, создаваемых отдельными синаптическими соединениями, осуществляется за счет специфических физических свойств поверхностной мембраны Н. к. Трансмембранные токи, возникающие в постсинаптической мембране при изменениях ее ионной проницаемости, замыкаются через внесинаптические участки мембраны, вызывая в ней соответствующие деполяризационные или гиперполяризационные изменения потенциала. Эти изменения постепенно ослабевают в зависимости от емкости, сопротивления мембраны и сопротивления аксоплазмы (так наз. электротоническое распространение). На теле Н.к. изменения, создаваемые каждым синапсом, суммируются практически без ослабления, однако на длинных дендритных отростках электротоническое затухание синаптических влияний может быть весьма значительным.

Рис. 14. Схема ионных токов, возникающих в теле нервной клетки при электрическом раздражении и генерации потенциала действия: К I и К II - быстрый и задержанный выходящие калиевые токи, NS - неспецифический выходящий ток; Na и Ca - натриевый и кальциевый входящие токи; по оси ординат - сила тока (в условных единицах), по оси абсцисс - время течения процессов.

Механизм генерации потенциала действия в теле Н. к. в общих чертах аналогичен таковому в нервных волокнах (см.). Деполяризация мембраны вызывает появление входящего ионного тока, к-рый углубляет деполяризацию (регенеративный процесс) и приводит к перезарядке мембраны. С нек-рой задержкой входящий ток сменяется выходящим током, обеспечивающим возвращение мембранного потенциала до исходного уровня (процесс реполяризации). В основе генерации входящих и выходящих токов лежит активация натриевых и калиевых ионных каналов. Кроме того, в теле Н. к. при возбуждении развивается также значительный входящий ток ионов кальция, создаваемый специфическими кальциевыми ионными каналами (рис. 14). Сочетание потенциалов действия обеспечивает появление ритмических разрядов клетки и регуляцию длины межимпульсного интервала. «Задержанные» выходящие токи создают в Н. к. следовую гиперполяризацию, к-рая по величине и длительности значительно превосходит таковую в нервных волокнах. Длительная следовая гиперполяризация приводит к столь же длительному снижению электрической возбудимости Н. к. (так наз. следовая субнормальность), что затрудняет передачу клеткой импульсов высокой частоты. Следовая гиперполяризацпя (длительностью до 0,1 сек.) особенно выражена у мотонейронов и других больших Н. к. Поэтому ритмическая активность мотонейронов при околопороговом раздражении стабилизируется на частоте не выше 10 импульсов в 1 сек. и только при сильных раздражениях может заметно превысить эту величину. У вставочных Н. к. фазы следовой гиперполяризации и субнормальности выражены слабее, и они могут разряжаться со значительно более высокой частотой (до 1000 импульсов в 1 сек.).

Особенности нервных процессов в дендритах изучены хуже. Предполагают, что в начальной части дендрита процесс возбуждения имеет такие же характеристики, как и в теле Н. к. Однако в очень тонких и длинных дендритах в связи с другими условиями распространения в них электрических токов по сравнению с телом Н. к. и аксоном могут иметь место существенные отличия. Вопрос о функц, свойствах дендритов имеет большое теоретическое и практическое значение, поскольку в нек-рых частях ц. н. с. дендритные разветвления чрезвычайно развиты и образуют особые слои мозгового вещества (кору больших полушарий и мозжечка). На разветвлениях дендритов имеется большое количество синапсов. Получение прямых данных об электрической активности единичного дендрита затруднено, т. к. невозможно ввести микроэлектрод в тонкую дендритную веточку; регистрируют, как правило, суммарную электрическую активность той области мозга, где локализуются преимущественно дендриты. Полагают, что распространение потенциала действия в тонких разветвлениях дендритов происходит с замедленной скоростью. Следовые изменения возбудимости в дендритах также должны быть затянутыми во времени. В концевые разветвления дендритов потенциал действия, вероятно, вообще не проникает.

Характерной особенностью организации дендритов Н. к. высших отделов мозга является наличие на их поверхности многочисленных выростов (шипиков). Электронно-микроскопические исследования показывают, что каждый шипик имеет сложную структуру и несет на себе несколько синаптических окончаний. Наличие шипиков в Н. к. высших отделов мозга привело к предположению, что с ними в определенной мере могут быть связаны специфические черты высших форм мозговой деятельности. Однако прямые данные относительно физиол, особенностей функционирования шипиков пока отсутствуют.

Обмен веществ в нервной клетке

Основные звенья процесса обмена веществ и энергии в Н. к. аналогичны таковым в клетках других систем. В функц, отношении в Н. к. важную роль играет локализованная в поверхностной мембране Na, К-активнруемая аденозинтрифосфатаза, использующая энергию АТФ для активного транспорта ионов натрия и калия через мембрану и создания на ней концентрационных градиентов этих ионов (так наз. натриевый насос). Активность этой ферментной системы возрастает при повышении концентрации ионов калия вне клетки и ионов натрия внутри клетки. Специфическими блокаторами натриевого насоса являются сердечные гликозиды (оубаин). Скорость переноса ионов с помощью натриевого насоса была прямо измерена. Она составляет несколько десятков секунд. Активация натриевого насоса сопровождается появлением своеобразного трансмембранного тока, к-рый гипергюляризует мембрану (рис. 15). Этот «насосный» ток отличается от описанных выше токов через ионные каналы тем, что чрезвычайно чувствителен к температуре и подавляется теми же веществами, к-рые подавляют активный транспорт ионов (см.). Поэтому считают, что «насосный» ток отражает не движение ионов по диффузионным мембранным каналам, а нескомпенсированный перенос электрических зарядов самой транспортной системой. Эта система больше выводит из клетки ионов натрия, чем вводит ионов калия, приводя к разделению зарядов, что регистрируется как трансмембранный ток. Величина мембранного потенциала, создаваемого этим механизмом, обычно невелика, однако в нек-рых типах Н. к. может быть значительной.

Необходимо, однако, подчеркнуть, что механизм генерации основных физиол, процессов в Н. к. (синаптическое возбуждение и торможение и распространяющийся импульс) связан с обменными процессами лишь косвенно - через создаваемые с их помощью концентрационные градиенты ионов. Поэтому выключение таких процессов не приводит к немедленному устранению возбудимости: она может нек-рое время сохраняться за счет энергии, накопленной в ионных градиентах.

При длительном возбуждении Н. к. в ней происходят и другие изменения метаболической активности, и в частности изменения синтеза РНК и белков. Эти изменения возникают, возможно, через посредство внутриклеточных медиаторов (система циклических АМФ и ГМФ) и сохраняются довольно длительное время. Поэтому есть основания рассматривать изменения обменных процессов при возбуждении клетки как общую клеточную реакцию, отражающую неспецифическое усиление ее жизнедеятельности. Усиление жизнедеятельности Н. к. сопровождается также увеличением теплопродукции и поглощения кислорода. Показано, что при возбуждении поглощение кислорода увеличивается в среднем на 20-25% . В теплопродукции Н.к. выделяют две фазы - начальную (выделение тепла непосредственно в процессе возбуждения) и следовую (выделение тепла по окончании процесса возбуждения, к-рое продолжается несколько минут). За время начальной фазы выделяется ок. 10% общей теплопродукции Н. к.

Трофическая функция нервной клетки

Н. к. постоянно оказывает влияние на функц, состояние других нервных или мышечных структур, с к-рыми она связана синаптическими соединениями. К наиболее хорошо изученным проявлениям трофической функции Н.к. относятся изменения в тех или иных структурах, наступающие после их денервации.

Характерной чертой денервации является резкое повышение чувствительности клеточной мембраны к действию медиатора; вместо обычного сосредоточения на постсинаптической мембране рецепторные группы появляются на внесинаптической мембране. Это явление было открыто А. Г. Гинецинским и H. М. Шамариной в 1942 г. Ими показано, что подобное явление сходно с распределением рецепторных групп в эмбриональном состоянии - еще до установления синаптической иннервации. Т. о., через синаптические соединения Н. к. может постоянно контролировать распределение рецепторных группировок в мембране других клеток. Если контроль утрачивается или еще не установился, то хеморецепторные группировки встраиваются в мембрану беспорядочно. В денервированной клетке изменяются также сопротивления мембраны, биохим. процессы в цитоплазме и др.

Существуют две точки зрения на механизм трофических влияний Н. к. Согласно одной из них, трофические влияния связаны с механизмом передачи нервных импульсов и определяются в основном действием медиатора на иннервируемую клетку; так как в синаптические окончания все время поступает импульсация, то в них происходит и постоянное выделение медиаторов (нек-рое количество его выделяется также спонтанно). Следовательно, постоянное поступление медиатора к иннервируемой клетке может быть тем фактором, к-рый регулирует ее функц, состояние. В соответствии с другой точкой зрения, синаптические окончания, кроме импульсных влияний, оказывают еще какое-то (по-видимому, химическое) непрерывное действие на клетку. Есть основания полагать, что из синаптических окончаний в малых количествах выделяются особые, еще не идентифицированные вещества, к-рые проникают в иннервируемую клетку, оказывая специфическое действие на ее метаболизм. Эти вещества, в свою очередь, способны медленно перемещаться внутри Н. к. в направлении от сомы П. к. по аксону к окончаниям - так наз. аксоплазматический ток. С помощью аксоплазматического тока происходит транспорт веществ, часть из к-рых идет на синтез медиаторов, а часть может использоваться в виде гипотетических трофических факторов. Необходимо отметить, что в Н. к. существует перенос веществ и в ретроградном направлении - от синаптических окончаний по аксону к соме. Введение в аксоны нек-рых веществ, напр, фермента пероксидазы, сопровождается поступлением их в тело Н. к. (это используется в практических целях для определения локализации Н. к.). Механизмы такого ретроградного транспорта пока неизвестны.

В пользу предположения о трофической роли медиаторов приводятся данные о том, что при действии нек-рых токсических факторов, блокирующих выделение медиатора, но не нарушающих структурную целостность синаптического соединения, напр, ботулинового токсина, наступают денервационные изменения. Однако при таких воздействиях вместе с блокированием выделения медиатора может нарушаться и процесс выделения нейротрофического фактора. В пользу роли специальных трофических факторов говорят исследования временных характеристик устранения денервационных изменений при реиннервации. Показано, что сужение области хим. чувствительности происходит до восстановления нормального выделения синаптическим окончанием медиаторного вещества и, следовательно, не связано с ним.

Молекулярные механизмы специфической деятельности нервных клеток. Н.к. характеризуются высоким уровнем метаболических и энергетических процессов, особенности течения к-рых связаны с ее специфической деятельностью. П. К. Анохиным была сформулирована так наз. химическая гипотеза интегративной деятельности Н. к., в к-рой решающая роль в обеспечении специфических функций Н. к. отводится генетически детерминированным цитоплазматическим процессам.

Экспериментально доказано, что генетический аппарат (геном) Н. к. непосредственно участвует в обеспечении ее специфической деятельности и нервной системы в целом. В клетках нервной ткани транскрибируется более 10% уникальных последовательностей ДНК генома, тогда как в любых других тканях всего 2-3% . Только в ткани мозга наблюдается постоянноe увеличение транскрибируемости ДНК и ее синтеза в Н. к., как при обучении животных, так и содержании их в условиях информационно обогащенной среды.

Выявлена связь функц, активности Н. к. с обменом ее информационных макромолекул (ДНК, РНК, белки). Имеется четкая корреляция между активацией или угнетением синтеза белка и РНК и характером электрической активности Н. к. Ряд медиаторных веществ, нейропептидов и гормонов (ацетилхолин, норадреналин, вазопрессин, ангиотензин, АКТГ, МСГ и др.) непосредственно влияют на метаболизм информационных макромолекул. Белковый спектр отдельных Н. к. может направленно изменяться в зависимости от функц, состояния клетки, в т. ч. при обучении.

В нервной клетке, так же как и в клетках других тканей и органов, одними из важнейших регуляторов метаболизма являются циклические пуриновые нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), простагландины (ПГ), ионы кальция, опосредующие влияние различных возбуждений, приходящих к Н.к., на интенсивность ее метаболических процессов. Аденнлатциклаза - фермент, катализирующий синтез цАМФ,- является компонентом мембран Н. к., специфически активируемым норадреналином и адреналином (через бета-адренорецепторы), дофамином, серотонином, гистамином. Гуанилатциклаза активируется ацетилхолином (через М-холинорецепторы). Циклические нуклеотиды тесно связаны с секрецией медиаторов и гормонов в Н. к., активируют протеинкиназы (ферменты, фосфорилирующие клеточные белки и изменяющие их функц, активность). Субстратами протеин-киназ являются разнообразные белки цитоплазматических мембран, связанные с активным и пассивным транспортом ионов. На геном Н. к. цАМФ и цГМФ оказывают действие как опосредовано (через модификацию гистоновых и негистоиовых белков хроматина), так и непосредственно.

В нервной ткани обнаружены практически все виды простагландинов (см.). Предполагается, что синтез простагландинов тесно связан с хемовозбудимыми мембранами Н. к. Простагландины выделяются из постсинаптических мембран Н. к. при их синаптической стимуляции, изменяя секрецию медиаторов из пресинаптических окончаний. При этом простагландины группы E тормозят секрецию норадреналина и дофамина, а простагландины группы Fa усиливают их секрецию. Простагландины, а также ингибиторы их синтеза влияют, таким образом, на разрядную активность Н. к.

Один из важнейших путей действия простагландинов в Н. к.- это их взаимодействие с внутриклеточными системами циклических пуриновых нуклеотидов: простагландинов E с системой циклического АМФ и простагландинов F с системой циклического ГМФ. Регуляторная роль простагландинов может также заключаться в изменении энергетического метаболизма Н. к.

Обязательным условием действия простагландинов и циклических нуклеотидов является наличие в Н. к. ионов кальция, непосредственно участвующих в процессах электрогенеза и регуляции активности многих ферментных систем возбудимости клетки, секреции медиаторов и гормонов, а также энергетики клетки. Связывание ионов кальция осуществляется белками цитоплазмы, мембран, синаптических пузырьков, митохондрий. Кальцийчув-ствительными белками Н. к. являются тропонин и тропомиозинподобные белки, нейросиецифичный белок S-100, белки-регуляторы фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов и др. Действие ионов кальция в нейроне осуществляется также за счет реакций фосфорилирования, регулируемых белками калмодулином и кальшшнейрином. Полагают, что действие цАМФ может быть обусловлено высвобождением ионов кальция из комплексов с АТФ, а эффекты простагландинов связаны с тем, что они являются кальциевыми ионофо-рами и обеспечивают транспорт этих ионов через мембраны.

Особый интерес вызывают уникальные для нервной ткани соединения белковой природы - так наз. мозгоспецифические белки и нейропептиды, к-рые непосредственно связаны с деятельностью нервной системы. Эти вещества обладают тканевой и клональной специфичностью. Так, белки GP-350 и 14-3-2 характерны для Н. к., белок GFAP - для астроцитов, белок Р400 - для клеток Пуркинье мозжечка, белок S-100 обнаруживается как в нервных, так и глиальных клетках. Мозгоспецифические белки и нейропептиды, а также антпсыворотки к ним влияют на процессы обучения и памяти, биоэлектрическую активность и хим. чувствительность Н. к. При обучении в ограниченных констелляциях Н. к. головного мозга может избирательно усиливаться синтез и секреция определенных нейропептидов (скотофобина, амелитина, хромодиоисина и др.), характерных для данной формы поведения.

Аутоиммунное поражение нек-рых мозгоспецифических белков (миелинов P1 и Р2) вызывает развитие аллергического энцефаломиелита, аллергического полиневрита, бокового амиотрофического, а также рассеянного склероза. При ряде других нервно-психических заболеваний (различные формы деменции и психозов) наблюдаются нарушения метаболизма мозгоспецифических белков, в частности S-100 и 14-3-2.

Патоморфология

Н. к.- наиболее ранимый элемент нервной системы. Преимущественное поражение Н. к. того или иного типа зависит от особенностей их метаболизма, функц, состояния, степени зрелости, кровоснабжения и других факторов.

Характер и тяжесть поражений Н. к. зависят от свойств патогенного агента, интенсивности и длительности его действия, от того, действует ли патогенный фактор непосредственно на нервную систему или опосредованно (напр.,через нарушение кровообращения) и т. д. Нередко различные причины вызывают сходные поражения Н. к.

При оценке патологии Н. к. важно отграничение обратимых (реактивных) изменений от деструктивных (необратимых) поражений. Ряд изменений, напр, вакуолизация ядрышка, начальные стадии пикноза ядра, отложение на его мембране базофильных веществ, надо рассматривать как реакцию обратимого характера. Очень важно знание функц, и возрастных изменений Н. к., к-рые часто трудно отличить от патологических. При усилении функц, деятельности Н. к. увеличивается их объем, уменьшается количество вещества Ниссля, к-рое при этом, как и ядро, сдвигается на периферию. К возрастным изменениям нередко следует относить увеличение перикариона Н. к., накопление в нем липофусцина и липидов, разрастание дендритов. Правильная оценка состояния Н. к. в целом тесно связана со знанием нарушений свойственных ее отдельным структурам.

Изменения ядра могут выражаться в изменении локализации, нарушении его формы и структуры. Эти изменения бывают обратимыми и необратимыми. К обратимым изменениям ядра относится его смещение на периферию, набухание, иногда деформация контуров. Смещение ядра может быть значительным при большом отложении в цитоплазме липидов и липофусцина или при аксональной реакции (рис. 16); обычно оно при этом не изменяется или слегка уплощается. Набухание ядра наиболее выражено при «остром набухании» Н. к., при к-ром его внутренняя структура и границы делаются менее отчетливыми. Наиболее часто при многих формах поражений Н. к. наблюдается гиперхроматоз и пикноз ядра - оно уменьшается в объеме и становится диффузно базофильные (по Нисслю), а контуры его, как, напр., при «ишемических изменениях», приобретают треугольную, угловатую или другую форму, соответственно форме перикариона. Электронно-микроскопические исследования показали, что при многих патол, состояниях наружная мембрана ядерной оболочки как бы отслаивается, образуя бухты и выпячивания, хроматин ядра растворяется, и ядро становится светлым.

Гибель ядра происходит путем лизиса, реже рексиса.

Кариолизис чаще всего бывает при медленно текущих некробиотических процессах, а кариорексис - при быстро нарастающих тяжелых изменениях. Из структур ядра наиболее устойчиво ядрышко. В начале патол, изменений Н. к. в ядре могут наблюдаться чисто реактивные явления в виде увеличения его объема, вакуолизации и образования парануклеолярного базофильного вещества как в самом ядре, так и на его мембране (рис. 17); иногда ядрышко принимает форму тутовой ягоды. При патол, изменениях, а возможно, и при определенных физиол. сдвигах ядрышко может смещаться к мембране ядра, но очень редко выходит за его пределы в цитоплазму, что зависит от повышенной проницаемости мембраны ядра и (или) может служить артефактом, напр, смещение ядрышка при резке на микротоме (рис. 18).

Изменения цитоплазмы. Возможности оценки патол, изменений состояния цитоплазмы (нейроплазмы) и ее органелл при световой микроскопии весьма ограничены. Четкие изменения цитоплазмы отмечаются при ее расплавлении и образовании вакуолей, при нарушении границ перикариона и др. Электронно-микроскопически они чаще всего проявляются в дегрануляции зернистой цитоплазматической сети, образовании ее мембранами цистерн, набухании митохондрий и разрушении их крист.

Изменения вещества Ниссля при патол, и отчасти физиол, процессах в Н. к. в основном бывают двух типов. Наблюдающийся при большинстве изменений Н. к. хроматолиз выражается сначала в распылении глыбок вещества Ниссля, к-рые в дальнейшем часто исчезают вовсе. В зависимости от локализации различают центральный, периферический и тотальный хроматолиз. Центральный хроматолиз характерен для аксональной реакции Н. к., периферический наблюдается при действии на Н. к. каких-либо экзогенных факторов, тотальный встречается при остром набухании и ишемических изменениях Н. к. При тяжелых некробиотических процессах хроматолиз может быть очагового характера, при этом в цитоплазме нередко появляются интенсивно окрашенные зерна ядерного распада.

Уменьшение количества хроматофильного вещества возможно также вследствие повышенной функц, деятельности Н. к. Гистохимически, а также с помощью ультрафиолетовой и электронной микроскопии показано, что при хроматолизе происходит обеднение Н. к. нуклеопротеидами и рибосомами; при восстановлении рибосом нисслевские глыбки приобретают нормальный вид. Умеренная диффузная базофилии цитоплазмы зависит от равномерного распределения вещества Ниссля и соответствующих ему нуклеопротеидов и рибосом. Хроматолиз без нарушения других структур Н. к. носит обычно обратимый характер. Увеличение количества нис-слевского вещества отмечено при длительном функц, покое Н. к., а резкая окраска цитоплазмы и ядра, вплоть до образования «темных клеток» представляет, по мнению большинства исследователей, следствие посмертной травмы тканей мозга.

Изменения нейрофибрилл выражаются во фрагментации и зернистом распаде или расплавлении (фибриллолиз) и значительно реже в увеличении их объема и повышении аргентофилии. Фибриллолиз обычно бывает при расплавлении и вакуолизации цитоплазмы. При гипертрофии Н. к. нейрофибриллы резко утолщаются, образуя грубые спирали, переплетения и густые клубки. Электронно-микроскопически такие клубки представляют разветвления трубочек, состоящих из парных спиралевидных нейрофиламентов. Подобные изменения наиболее характерны для пирамидных клеток гиппокампа (особенно многочисленны при болезни Альцгеймера, а также при боковом амиотрофическом склерозе, болезни Дауна и других болезнях). При наличии в Н. к. большого количества липидов и (пли) липофусцина нейрофибриллы смещаются и располагаются более компактно.

Рис. 20. Микропрепарат нервной клетки чувствительного ганглия при туберкулезе: ядро - 1, реактивные цитоплазматические выросты (парафиты) - 2.

«Аксональная реакция» («первичное раздражение Ниссля», или «ретроградная дегенерация») развивается в Н. к. при нарушении целостности аксона. При травме аксона в пределах периферической нервной системы различают реактивную и репара-тивную стадии аксональной реакции. Уже через 24 часа, а иногда и раньше происходит распыление вещества Ниссля, центральная часть перикариона Н. к. принимает бледную окраску; в дальнейшем хроматолиз носит тотальный характер, распространяясь на всю цитоплазму. Одновременно происходит набухание тела Н. к. и смещение ядра на периферию. В реактивной стадии ядрышко сдвигается к мембране ядра. Наибольшие изменения наблюдаются через 8-15 дней после перерыва аксона. Затем в зависимости от тяжести поражения, патол, изменения Н. к. либо сглаживаются, либо усиливаются, приводя Н. к. к гибели. Тяжесть ретроградных изменений Н. к. обусловливается отдаленностью перикариона от места травмы аксона, характера травмы, функц, типа Н. к. и т. д. Чаще «аксональная реакция» наблюдается в мотонейронах, в Н. к. боковых рогов, чувствительных и вегетативных ганглиев.

Электронно-микроскопически при «аксональной реакции» в реактивной стадии увеличивается количество набухших митохондрий, к-рые теряют кристы; ядро Н. к. становится более прозрачным, ядрышко увеличивается в размере, происходит распад гранулярного эндоплазматического ретикулума, вследствие чего свободные рибосомы и полисомы распределяются в цитоплазме дисперсно. В репаративной стадии увеличивается количество нейрофиламентов, что, вероятно, необходимо для поступления в регенерирующий аксон веществ, синтезируемых рибосомами. При травме аксонов, заканчивающихся в пределах ц. н. с., репаративная стадия «аксональной реакции» не наблюдается вследствие слабой регенерационной способности Н. к.

«Простое сморщивание Шпильмейера», или «хроническое заболевание Ниссля» - это сильное уменьшение размеров тела Н. к. и глыбок вещества Ниссля; последние приобретают способность к интенсивному окрашиванию по Hисслю. Ядра этих Н. к. гиперхроматичны, нередко принимают форму тела клетки, нейрофибриллы подвергаются зернистому распаду или слиянию в общую массу, апикальный дендрит приобретает штопорообразную форму (рис. 21). В конечной стадии вся пораженная Н. к. резко сморщивается, целиком закрашивается при использовании различных красителей (склероз, или темные клетки). По мнению многих исследователей, такие Н. к. обычно, если не всегда, представляют результат посмертной травмы мозга при его извлечении до фиксации или при неполноценной фиксации по методу перфузии. Отдельные исследователи, однако, считают, что такие изменения могут быть и прижизненными.

Пикноморфные (сморщенные) Н. к. следует отличать от темных (гиперхромных). Темные Н. к. характеризуются большим количеством митохондрий, рибосом, полисом и других органелл, что в целом обусловливает повышенную электронную плотность таких клеток в функц, отношении (темная Н. к. обладает высоким энергетическим потенциалом). Пикноморфные Н. к. содержат уменьшенное в размерах ядрышко; ядро клетки сморщивается, уплотняется, гранулы рибонуклеопротеида в нем конденсируются в виде грубых глыбок, к-рые затем перемещаются к кариолемме, ядерные поры резко расширяются, и ядро опустошается. Сморщенный перикарион уплотняется, появляются очаги гомогенизации цитоплазматического матрикса, в органелл ах резко усиливаются деструктивные изменения. Клетки перегружаются липофусцином; их отростки истончаются, ак-сосоматические синапсы редуцируются и полностью исчезают. Описанная морфол, картина пикноморфной Н. к. соответствует идентифицированным с помощью светового микроскопа патол, состояниям простого сморщивания Н. к., их атрофии и склероза, красного пикноза или дегенерации.

При гидропическнх изменениях контуры тела Н. к. неотчетливы, ядро уменьшено, гиперхроматично и отделено светлой полостью от перикариона, в к-ром вещество Ниссля сохраняется в виде узкого ободка по периферии (рис. 22). Нередко в теле клетки наблюдаются светлые вакуоли. Эти изменения могут развиваться очень быстро при отеке мозга, вблизи места кровоизлияния или травмы.

«Ишемические изменения» развиваются в результате гипоксии Н. к., при к-рой очень быстро наступает коагуляционный некроз. Микроскопические исследования показали, что изменения в цитоплазме начинаются с образования микровакуолей (рис. 23), формирующихся, по-видимому, из набухших и теряющих кристы митохондрий. Затем равномерно исчезает вещество Ниссля. Тело Н. к. сохраняет свои контуры, а гиперхроматичное и слегка уменьшенное ядро принимает форму тела клетки (рис. 24). В последующем ядро распадается на мелкие зерна и перестает окрашиваться, ядрышко иногда незначительно увеличивается. При медленно нарастающих расстройствах кровообращения или при неполном его выключении (напр., в краевых зонах некроза) тело Н.к. сохраняет свою форму; легко прослеживаются процессы кариорексиса и образования зерен распада цитоплазмы, к-рые иногда видны возле тела и отростков (перицеллюлярная инкрустация). Электронно-микроскопически наблюдается дезинтеграция эндоплазматического ретикулума с его дегрануляцией. Одновременно происходит увеличение количества рибосом в матриксе цитоплазмы.

«Острое набухание Шпильмейера», или «острое заболевание Ниссля» - редко встречающаяся форма патологии Н. к., при к-рой происходит равномерное набухание перикариона со всеми отростками и быстрое распыление и исчезновение глыбок вещества Ниссля (рис. 25), клеточное ядро уменьшается в размерах. Сначала оно резко отделено от цитоплазмы мембраной, а затем граница делается неотчетливой, ядрышко несколько увеличивается. Отсутствие глубоких изменений ядра и нейрофибрилл указывает на то, что острое набухание представляет собой обратимый процесс. Эта форма патологии Н. к. наблюдается при заболеваниях, связанных с органическими поражениями головного мозга, интоксикациях и др.

«Тяжелые изменения Ниссля» и «расплавление Шиильмейера» - различные, полиморфные поражения Н. к., для к-рых характерно наличие глубоких, необратимых изменений в цитоплазме и ядре. Изменения обычно начинаются с набухания тела Н. к. и неравномерного хроматолиза. Нередко в клеточных телах появляются зерна и глыбки, темно окрашиваемые основными анилиновыми красителями. Неравномерный хроматолиз сопровождается расплавлением цитоплазмы, что приводит к изъеденности и смытости ее контуров и к образованию в ней неокрашенных участков, нередко в виде вакуолей неравномерной величины и неправильной формы. Расплавление тела Н. к. обычно начинается вблизи ядра; глыбки вещества Ниссля исчезают, цитоплазма принимает легкую диффузную окраску, появляется много интенсивно окрашивающихся по Нисслю мелких зерен, реже «колечек», сохраняющихся иногда длительное время (импрегнация по Шпильмейеру). Особенно тяжело поражается ядро - оно становится гиперхроматичным, пикнотичным, хотя обычно не меняет своей круглой формы. Кариоплазма иногда отделяется от своей оболочки и подвергается лизису. Кариорексис чаще наблюдается при остром развитии тяжелых изменений (рис. 26). Нейрофибриллы рано распадаются и исчезают.

Такие изменения Н. к. наблюдаются при нейровирусных инфекциях, интоксикациях под действием ионизирующей радиации и т. д.

Накопление липидов и липофусцина в Н. к. происходит постоянно на протяжении всей ее жизнедеятельности. В функционально различных типах Н. к. накопление липофусцина зависит от возраста и индивидуальных различий. Накопление липофусцина и липидов на всем протяжении перикариона и дендритов относится к патологии (рис. 27); оно может сопровождаться сдвигом ядра, вещества Ниссля и нейрофибрилл на периферию, при этом ядро приобретает гиперхроматичность. Усиленное накопление липофусцина иногда сочетается со сморщиванием тела Н. к., измельчением и уменьшением количества вещества Ниссля, истончением нейрофибрилл и дендритов, а также пикнозом ядра (пигментная атрофия). Патол. ожирение Н. к. может развиваться или очень быстро (при отравлении морфином, фосфором) или медленно (при злокачественных опухолях, лейкозах), что зависит от характера нарушения процессов окисления жирных к-т.

На телах и отростках Н. к. могут образовываться огромные вздутия вследствие аккумуляции в них ганглиозидов в виде зерен при амавротической идиотии (Гм2) и генерализованном ганглиозпдозе (Гм1); часть Н. к. при этом гибнет.

Атрофия Н. к. без отложения липофусцина наблюдается редко, чаще всего при длительных патол, воздействиях (напр., в процессе образования мозговых рубцов, при опухолях) и распознается с трудом. При нек-рых органических заболеваниях ц. н. с. атрофия носит системный и прогрессирующий характер (напр., при спинальной мышечной атрофии). Даже при массовой атрофии Н. к. размеры того или иного отдела ц. н. с. обычно макроскопически не уменьшаются.

При тяжелых поражениях Н. к., особенно при ишемических изменениях, иногда наблюдается инкрустация клеток солями кальция. Зерна кальция вначале появляются в отдельных участках тела или дендритов, а в дальнейшем сливаются вместе, образуя крупные скопления. В ядре накоплений кальция никогда не бывает. Иногда соли кальция отлагаются вместе с железом.

Для правильной оценки той или иной патологии Н. к. надо учитывать состояние окружающих их глиальных клеток, особенно при нейронофагии (рис. 28).

Анохин П. К. Системный анализ интегративной деятельности нейрона, Усп. физиол. наук, т. 5, N» 2, с. 5, 1974, библиогр.; Боголепов Н.Н. Ультраструктура мозга при гипоксии, М., 1979; Войно-Ясенецкий М. В. и Жаботинский Ю. М. Источники ошибок при морфологических исследованиях, с. 145, JI., 1970; ЖаботинскийЮ.М. Нормальная и патологическая морфология нейрона, Л., 1965, библиогр.; Заварзин А. А. Очерки по эволюционной гистологии нервной системы, М.-JI., 1941; Катц Б. Нерв, мышца и синапс, пер. с англ., М., 1968; Косицын Н. С. Микроструктура дендритов и аксодендритических связей в центральной нервной системе, М., 1976; Костюк П. Г. Физиология центральной нервной системы, Киев, 1977; Манина А. А. Ультраструктурные изменения и репаративные процессы в центральной нервной системе при различных воздействиях, JI., 1971; Общая физиология нервной системы, под ред. П. Г. Костюка и А. И. Ройтбака, Л, 1979; Поляков Г. И. Основы систематики нейронов новой коры большого мозга человека, М., 1973; Саркисов Д. С., Пальцын А.А. и Втюрин Б. В. Электронно-микроскопическая радиоавтография клетки, М., 1980, библиогр.; Сахаров Д. А. Генеалогия нейронов, М., 1974, библиогр.; Смирнов Л. И. Гистопатология нервной системы, Руководство по неврол., под ред. Н. И. Гращенкова и др., т. 2, в. 1, М.- Л., 1941, библиогр.; Туманов В.П. и Маламуд М. Д. Изменения центральной нервной системы при термической, лучевой и комбинированной травме, Кишинев, 1977; Ходоров Б. И. Общая физиология возбудимых мембран, М., 197-5; Шаповалов А. И. Клеточные механизмы синаптической передачи, М., 1966; Экклс Дж. Физиология нервных клеток, пер. с англ., М., 1959; он же. Тормозные пути центральной нервной системы, пер. с англ., М., 1971; Altman J, a. Das G. D. Auto- radiographic Jand histological studies of postnatal neurogenesis, j. comp. Neurol., v. 126, p. 337, 1966; Bargmann W., Neurosccretion, Int. Rev. Cytol.,v. 19, p. 183, 1966, bibliogr.; Bodian D. The generalized vertebrate neuron, Science, v. 13 7, p. 323, 1962; Bulloсk Т. H. а. Horridge G. A. Structure and function in nervous system of invertebrates, v. 1-2, San Francisco - L., 1965; Caminermeyer J. Is the solitary dark neuron a manifestation of postmortem trauma of the brain in adequately fixed by perfusion? Histochemistry, v. 56, p. 97, 1978, bibliogr. ; Caspersso n T. O. Cell growth and cell function, N. Y., 1 950, bibliogr.; Droz B. Protein metabolism in nerve cells, Int. Rev. Cytol., v. 25, p. 363, 1969, bibliogr.; Greenfield"s neuropathology, ed. by W. Blackwood a. J. A. N. Corsellis, p. 43, L., 1976; Inborn disorders of sphingo-1 i,pid metabolism, ed. by S. M. Aronson a. B. W. Volk, p. 169, Oxford a. o., 1 967; Kandel E. R. a. Kupfermann I, The functional organization of inter vertebrato ganglia, Ann. Rev. Physiol., v. 32, p. 193,197 0, bibliogr.; The neuron, ed. by H. Hyden, Amsterdam, 1967; The neurosciences, ed. by F. O. Schmitt, N. Y., 1970; Siegel G. J. a. o. Basic neurochemistry, Boston, 197 6; Spiel meyer W. Die Histopathologie des Nervensystems, B., 1922, Bibliogr.; Wuerker R. B. a. Kirkpatrick J. B. Neuronal micro-tubules, neurofilaments and microfilaments, Int. Rev. Cytol., v. 33, p. 45, 1972, bibliogr.

П. Г. Костюк; Ю. М. Жаботинский (патоморфология), И. А. Червова (морфология), В. В. Шерстнев, А. И. Громов (молекулярные механизмы).

Расстройства функции нервной системы лежат в основе многих трофических нарушений. Под нервной трофикой следует понимать регуляцию нервной системой уровня химических процессов, совершающихся в тканях и обеспечивающих их функцию и структуру .

Поражения нервной системы нередко сопровождаются трофическими нарушениями кожи в виде изменения ороговения, роста волос, регенерации эпидермиса, депигментаций, гипертрофий, некроза, а также трофическими отеками, расстройствами отложения жира (так называемые асимметрические липоматозы).

Нервнотрофические расстройства встречаются при таких заболеваниях, как склеродермия, сирингомиелия, hemiatrophia faciei, спинная сухотка и др. (рис. 169).

Нарушения нервной трофики возникают при расстройствах функции нервных образований.

Поражения периферических нервов могут сопровождаться нарушением трофики тканей. Так, ранения болыпеберцового нерва нередко вызывают хроническую язву стопы. Потеря седалищным нервом проводимости обусловливает трофические расстройства в иннервируемых им мышцах. В случае хронических раздражений периферических и чувствительных нервов вследствие кровоизлияний или сдавления наблюдаются трофические расстройства в виде язв на коже.

Поражения спинного мозга могут вызывать трофические расстройства, например пролежни при параличах вследствие диффузных поперечных поражений спинного мозга, хроническая прободающая язва стопы в связи со спинной сухоткой, заболевания суставов (артропатии). Заметно выражены трофические нарушения в коже и суставах при сирингомиелии, характеризующейся образованием в сером веществе спинного мозга полостей и глиозных разращений.

Поражения головного мозга могут вызывать трофические расстройства в виде нарушений расположения жира в организме, сосудистых расстройств, сопровождающихся тканевыми изменениями, поражением суставов, пролежнями (при гемиплегиях и пр.). В частности, судя по многочисленным данным, поражения промежуточного мозга приводят к трофическим расстройствам в виде нарушений обмена веществ, ожирения и др. (рис. 170).

В экспериментальных условиях при повреждениях различных нервных образований, особенно диэнцефальной области, также неоднократно удавалось вызывать трофические расстройства.

В своих первых исследованиях центробежных нервов сердца И. П. Павлов (1883) убедительно доказал трофическую природу двух антагонистически действующих нервов - усиливающего и ослабляющего сердечные сокращения. По его мнению, эти нервы регулируют питание и обмен веществ сердечной мышцы. Позднее в хронических опытах после операции на желудочно-кишечном тракте он наблюдал у собак возникновение трофических расстройств в виде кожных язв, воспаления, выпадения волос, восходящих параличей. Эти трофические расстройства рассматривались им как нарушения, возникающие рефлекторно вследствие натяжения тканей и заключенных в них нервов после оперативного вмешательства. Таким образом, впервые был поставлен вопрос о трофических расстройствах рефлекторного происхождения, о патологических трофических рефлексах.

О рефлекторном происхождении трофических расстройств свидетельствуют результаты многих исследований. Например, вшивание нитки, смоченной скипидаром, в центральный конец перерезанного седалищного нерва рефлекторно вызывает развитие язвы на конечности противоположной стороны. В данном случае, как показали опыты с перерезкой нервов, эфферентной частью рефлекторной дуги является симпатическая часть нервной системы.

Исследования А. А. Орбели доказали адаптационно-трофическую роль симпатического отдела нервной системы в деятельности поперечнополосатой мускулатуры. В экспериментах трофическая функция симпатического нерва была обнаружена в отношении тканевого дыхания, теплообмена, химических и физико-химических свойств мышечной ткани. Симпатическая нервная система оказывает трофическое влияние и на ткань мозга.

В патологических условиях также удается обнаружить значение симпатических нервов в регуляции тканевого питания и обмена веществ, например при воспалении, вегетативных асимметриях центрального происхождения. Эти экспериментальные данные находят подтверждение и в клинике, где встречаются разнообразные трофические расстройства (язва стопы, склеродермия, артропатия и др.), возникающие вследствие поражения симпатических ганглиев, симпатического ствола или афферентной части рефлекторной дуги.

Приведены также экспериментальные данные о трофической функции парасимпатической нервной системы, в частности парасимпатических волокон задних корешков (Кен-Куре).

На основании многочисленных исследований А. Д. Сперанский выдвинул положение о нервнотрофической природе любых патологических процессов, положив в основу патогенеза трофических расстройств нарушение рефлекторной деятельности нервной системы. С этой точки зрения, все отделы нервной системы принимают участие в развитии трофических нарушений. Раздражая ту или другую часть нервной системы, можно вызвать нарушения не только в соответствующем участке ткани, но также в отдаленных тканях и во всем организме. Такое явление объясняется развертыванием процесса с самого начала в нервной системе и перегруппировкой внутринервных отношений.

Изменения внутринервных отношений и функционального состояния всей нервной системы могут совершенно изменить реакцию организма на один и тот же раздражитель. В пользу этого приводятся данные о различном характере воздействия на трофические процессы одних и тех же раздражителей (например, инфекционных) в зависимости от функционального состояния рецепторного аппарата и всей нервной системы.

С этих позиций нарушением нервной трофики пытались объяснить возникновение воспаления, аллергии, расстройств тканевого роста, сопротивляемости организма при инфекциях. Исключительные по своей выраженности и притом сходные трофические расстройства были получены в эксперименте при воздействии болезнетворных раздражителей на различные участки центральной нервной системы.

В исследованиях других ученых установлено значение нарушений корковых процессов в патогенезе трофических расстройств. После удаления обоих полушарий у животных развивается ряд трофических расстройств в виде отставания в росте и нарушений обмена. Трофические нарушения наблюдались также в опытах с вызыванием экспериментального невроза. Хронический экспериментальный невроз нередко сопровождается выраженными трофическими нарушениями на коже и во внутренних органах в виде воспаления, экземы, тканевых раздражений и даже опухолей (М. К. Петрова).

Все приведенные исследования раскрывают много новых и важных данных о нервнотрофических расстройствах, показывая вместе с тем необходимость изучения промежуточных этапов тех сложных процессов, которые лежат в основе развития трофических нарушений.

Причинами трофических расстройств часто бывают вторично возникающие факторы, порождаемые нарушениями функции нервной системы: при ранениях периферических афферентных нервов наблюдается выпадение чувствительности соответствующих участков ткани, что в свою очередь вызывает ее легкую подверженность травматизации или инфекции.

Однако и в этих случаях трофические расстройства могут возникать в отсутствие вредного воздействия внешних факторов. Так, внутричерепная перерезка тройничного нерва приводит к трофическим расстройствам в глазу не только от потери им защитных приспособлений, но также вследствие нарушения проницаемости ткани и обмена веществ (Н. Н. Зайко).

Перерезка моторных нервов вызывает атрофию мышц косвенным путем, т. е. вследствие бездеятельности их. Такая атрофия чаще всего развивается в результате поражения периферических двигательных нервов и передних рогов спинного мозга. Но и в данном случае, по-видимому, имеет значение выпадение трофических импульсов. Это видно из того, что, несмотря на отсутствие движений, мышечная атрофия значительно реже наблюдается при центральных, корковых параличах, ибо при центральных параличах сохраняется спинальная иннервация и возбудимость мышц, тогда как при периферических параличах мышцы лишаются всякого притока нервных импульсов.

Относительно механизма действия нервной системы на трофику тканей существуют различные взгляды. Согласно одним воззрениям, для развития тканевых расстройств основное значение имеет нарушение функции вазомоторов. Нарушения кровотока, вызванные раздражением нервной системы, влекут за собой развитие патологических процессов. Однако этого недостаточно для понимания патогенеза трофических расстройств, так как не представляется возможным свести все разнообразие неврогенных нарушений в тканях к изменению только вазомоторных реакций. Имеются основания считать, что существует и непосредственное влияние нервной системы на обмен веществ и структуру тканей, так как при многих тканевых нарушениях нервного происхождения не удается выявить сосудистые расстройства, которые по своей выраженности соответствовали бы этим нарушениям.

Решение многих задач на Земле и за ее пределами требует создания искусственных, полностью или почти полностью замкнутых трофических систем или даже

небольших биосфер. В таких системах с участием организованных в трофические цепи организмов различных видов и должен происходить круговорот веществ, как правило, для поддержания жизни больших и малых сообществ людей или животных. Формирование искусственных замкнутых трофических систем и искусственных микробиосфер имеет непосредственное прикладное значение при освоении космического пространства, мирового океана и пр.

Проблема создания замкнутых трофических систем, в особенности необходимых при длительных космических полетах, давно волнует исследователей и мыслителей. По этому поводу были развиты многие фундаментальные идеи. В отношении таких конструируемых человеком систем были выдвинуты важные, хотя в ряде случаев и нереальные требования. Речь идет о том, что трофические системы должны быть в высокой степени продуктивными, надежными, должны обладать высокими скоростями и полнотой дезактивации токсических компонентов. Ясно, что реализовать такую систему исключительно трудно. Действительно, высказывались сомнения о возможности конструирования безопасной и надежной экосистемы (обзор: Odum, 1986). Тем не менее следует попытаться хотя бы определить максимальную емкость трофической системы, образно говоря, выяснить, каким должен быть маленький остров, пригодный для жизни Робинзона Крузо, если он будет накрыт прозрачным, но непроницаемым колпаком.

В качестве примера можно привести недавно разработанную модель искусственной биосферы (биосфера II), которая является стабильной замкнутой системой и необходима для жизни в различных областях космического пространства, в том числе на Луне и Марсе (обзор: Allen, Nelson, 1986). Она должна моделировать условия жизни на Земле, для чего следует хорошо знать природные технологии нашей планеты. Кроме того, такая биосфера должна содержать инженерные, биологические, энергетические, информационные открытые системы, живые системы, накапливающие свободную энергию, и т. д. Как и биосфера, искусственная биосфера должна включать в себя подлинную воду, воздух, скалы, землю, растительность и т. д. Она должна моделировать джунгли, пустыни, саванну, океан, болота, интенсивное земледелие и т. д., напоминающие родину человека (рис. 1.8). При этом оптимальное отношение искусственного океана и поверхности суши должно состав-

Рис. 1.8. Поперечный срез искусственной биосферы II (по: Allen, Nelson, 1986).

лять не 70:30, как на Земле, а 15:85. Однако океан в искусственной биосфере должен быть по крайней море в 10 раз более эффективным, чем настоящий.

Недавно эти же исследователи (Allen, Nelson, 1986) представили описание модельного комплекса связанных искусственных биосфер, разработанных для продолжительной жизни 64-80 человек на Марсе. Каждая из таких 4 биосфер, радиально расположенных по отношению к так называемому техническому центру, служит жизненным пространством для 6-10 человек. В техническом центре находится резервный океан для смягчения окружающей среды и поддержания замкнутой системы в целом. Существуют также биологическая, транспортная, горная и оперативная группы, а также госпиталь для визитеров с Земли, Луны или других частей Марса.

Конкретные проблемы питания в космосе при длительных полетах выходят за пределы этой книги. Тем не менее следует сказать, что при длительных полетах в космическом аппарате создается микромир, изолированный от привычной для человека среды на долгое, а в некоторых случаях и на неопределенно долгое время. Особенности этого микромира, и в частности особенности его трофики, во многом определяют существование системы в целом. По всей вероятности, одной из самых важных ступеней биотического круговорота служит деградация продуктов жизнедеятельности. Значение процессов деградации часто недооценивается. В частности, при обсуждении проблемы пищевых ресурсов человек традиционно рассматривается как высшее и конечное звено трофической цепи (обзоры: Odum, 1986; Biotechnology..., 1989, и др.). Между тем такая постановка проблемы уже привела к формированию серьезных экологических дефектов, так как экологическая система может быть устойчивой лишь при сочетании эффективного поступления и расхода веществ. Примеры этому весьма многочисленны. К одному из них относится драматический эпизод в Австралии, где произошло разрушение растительных покровов пометом овец и коров из-за отсутствия жуков-навозников.

Во всех случаях проблемы деградации продуктов жизнедеятельности и элиминации самых ослабленных членов популяции чрезвычайно важны. Недавно развиваемая точка зрения неожиданно получила подтверждение. При моделировании длительного межпланетного полета экипажа, состоящего из 10 человек, калифорнийские исследователи обнаружили, что круговорот

веществ значительно улучшается, если в систему, включающую человека, растения, водоросли, бактерии и т. д., введены две козы. Улучшение в этой системе циркуляции веществ достигается в некоторой степени за счет появления в рационе молока и, следовательно, дополнительных полноценных пищевых компонентов (в том числе белков), но в значительно большей степени благодаря ускорению процессов деградации растительных остатков в желудочно-кишечном тракте коз. Понимание трофической системы как динамических циклов, а не цепей или пирамид с начальными и конечными звеньями, по-видимому, будет способствовать не только более правильному отражению действительности, но и более разумным действиям, по крайней мере уменьшающим вредное влияние на окружающую среду.

По всей вероятности, при создании искусственных биосфер в дальнейшем также могут быть обнаружены многие интересные феномены, так как мы еще не знаем всех способов формирования минимального, но уже удовлетворительного трофического цикла. Существует ряд указаний на то, что в небольшой по численности группе людей бактериальная популяция желудочно-кишечного тракта может быть неустойчивой. Со временем она будет беднеть, особенно если будут применяться какие-либо вмешательства лечебного характера с использованием антибиотиков. Поэтому для восстановления кишечной микрофлоры космических экипажей было бы весьма целесообразно иметь некоторый банк бактерий. Кроме того, при длительных космических полетах не могут быть исключены мутации растений и бактерий, входящих в трофический цикл. Это может приводить к серьезным нарушениям свойств соответствующих организмов и их биологической роли. Эти обстоятельства необходимо иметь в виду, так как, по всей вероятности, трофическая система (искусственная микротрофосфера) космического корабля должна быть не только достаточно современной, но и гибкой, что сможет обеспечить ее определенные изменения. В этом плане обращает на себя внимание оптимистическое предсказание, что уже в XXI в. миллионы человек смогут жить в космических поселениях (O"Neill, 1977) (см.также гл. 5).

Под трофикой (от греч. trophe - питание, пища) в широком биологическом представлении понимают процесс обеспечения клетки, ткани, органа всем необходимым для нормальной жиз­недеятельности, поддержания генетически обусловленной про­граммы функционирования. Необходимые пластические и энергетические материалы доставляются клеточным структурам кровью через микроциркуляционную сеть сосудов. Механизмы же регуляции обменных процессов многообразны. Они зависят от количества и функциональной принадлежности рецепто­ров - белковых макромолекул, встроенных в поверхностную мембрану. В сложном, многоклеточном организме все процес­сы, протекающие в каждой клетке, строго согласованы между собой. Это согласование обеспечивается секрецией биологичес­ки активных веществ одними клетками (группой клеток), их ре­цепцией другими клетками и последующим включением внут­риклеточной сигнализации. К таким биологически активным многочисленным (более 100) веществам-регуляторам относятся нейропередатчики, гормоны, простагландины, интерлейкины, антигены, иммуноглобулины, другие стимуляторы и их антаго­нисты.

Нарушение трофики получило название дистрофии, а динами­чески развивающиеся в клетке, органе, ткани функциональные и структурные изменения названы дистрофическим процессом. При­чины, инициирующие дистрофию, могут быть различного проис­хождения. Внутриклеточные же механизмы запуска патологичес­ки измененной сигнализации стандартны. Они начинаются с на­рушения согласованности в протекании химических реакций, из­менении функциональной и метаболической активности в клетке. Поэтому дистрофические процессы в клетке стали относить к ти­повым внутриклеточным процессам.

Не единственная, но важнейшая роль в развитии дистрофичес­ких процессов принадлежит нервной системе, продуцируемым ею нейропередатчикам.

Значение нервного фактора в дистрофических явлениях впер­вые было показано Мажанди (1824г.). Проведя перерезку трой­ничного нерва у кролика, он обнаружил изменения в структуре тканей глаза, полости носа и рта. Глаз становился сухим и непод­вижным, быстро прогрессировало помутнение роговицы, перехо­дящее в изъязвления; язвенный кератит мог сопровождаться про­бодением и полным разрушением глаза. На основании получен­ных экспериментальных данных возникло представление о тро­фических нервах и неврогенных дистрофиях, которое получило развитие в трудах И. П. Павлова и его многочисленной научной школы. Выдвинутое положение о трофическом влиянии нервной системы на обмен веществ в тканях остается актуальным и в на­стоящее время. Расстройства нервной трофики могут проявляться не только грубыми структурными изменениями, но и функцио­нальными нарушениями, обусловленными сдвигами в обмене ве­ществ.

Нейродистрофический процесс, следовательно, обусловлен выпадением или ослаблением влияния нейронов на метаболичес­кую активность и структуру клеточных элементов органов и тка­ней. Последние вместе с тем оказывают определенное влияние и на состояние самого нейрона. Нейроны и иннервируемые ими клеточные элементы образуют регионарный трофический контур, внутри которого происходит обоюдный обмен информацией. Сиг­нальные молекулы, выделяемые нервными волокнами, восприни­маются клетками-реципиентами, которые, в свою очередь, гумо­ральными факторами влияют на соответствующий нейрон. Сиг­нальные молекулы, действующие внутри трофического контура, получили название трофогенов. Расстройства взаимоотношений между компонентами трофического контура могут быть результа­том избытка или недостатка медиаторов (ацетилхолин, норадрена-лин), нарушения или полного прекращения аксоплазматического тока (движение по аксонам жидкости с растворенными в ней бел­ками, ферментами, электролитами), идущего в обоих направлени­ях, что приводит в конечном итоге к дистрофиям нейрогенного происхождения.

Трофическая функция присуща всем нервам - соматическим (двигательным и чувствительным) и вегетативным (симпатичес­ким и парасимпатическим). Вместе с тем обнаружены специали­зированные нервные структуры, принимающие участие в метабо­лизме клеток, тканей, органов. Так, И. П. Павловым был выявлен усиливающий нерв сердца, повышающий силу сокращений мио­карда и не меняющий его ритм. Описан феномен Орбели-Гине-цинского, сущность которого в том, что утомленная электричес­кими стимулами икроножная мышца лягушки начинала вновь отвечать полноценным сокращением после раздражения симпати­ческих волокон. Этими и последующими экспериментами была доказана адаптационно-трофическая роль симпатического отдела нервной системы на миокард, скелетные мышцы, рецепторы, дея­тельность спинного, продолговатого мозга, таламической области, коры больших полушарий. Специфическая иннервация присуща и парасимпатическому отделу вегетативной нервной системы. По­лагают, что в составе соматических функциональных нервов име­ются трофические волокна, участвующие в регуляции метаболиз­ма органа, адаптации к меняющимся потребностям.

Нейрогенные дистрофии возникают в результате повреждений периферических нервов или нарушений деятельности нервных центров.

В эксперименте перерезка седалищного нерва приводит у по­допытных животных (крыса, кошка, кролик) к атрофии иннервируемой группы мышц и появлению на стопе трофических язв. Спонтанная механическая травма бедренного нерва у собак снача­ла приводит к потертостям и ссадинам, а затем к развитию нейро-трофических язв, не поддающихся лечению. У лошадей растяже­ние, разрывы седалищного нерва, возникающие иногда во время преодоления препятствий, сопровождаются сравнительно быст­рой атрофией мышц. Перерезка большеберцового, малоберцового и срединного нервов у животных этого вида приводит к атрофии мышц, отслоению копытного рога.

Об участии центральных образований в трофической функ­ции нервной системы стало известно со времен К. Бернара (1867 г.), выполнившего «сахарный укол» в область дна четверто­го мозгового желудочка. В экспериментах было показано, что раздражение межуточного мозга, области серого бугра приводило к появлению трофических язв на слизистой оболочке ротовой полости и других отделов желудочно-кишечного тракта. Повреж­дение премоторной и моторной зон коры мозга вызывало нару­шение метаболических процессов и структуры тканей в виде хро­нически незаживающих язв и длительно незаживающих костных переломов. Важнейшей зоной головного мозга является гипота­ламус, где сосредоточены ядра, влияющие на обменные процес­сы через вегетативные нервы и эндокринную систему. Получены доказательства участия в трофической функции нервной систе­мы ее высших отделов - коры головного мозга. Установлено, что по принципу условных рефлексов возможно развитие тяжелых дистрофических расстройств.

Согласно современным представлениям благодаря многочис­ленным межнейронным связям нервная система представляет со­бой трофическую сеть, по которой распространяются экзогенные (токсины, вирусы) и эндогенные (патотрофогены) вредоносные факторы, способные вызвать метаболические и структурно-функ­циональные нарушения в органах.

Под нервной трофикой понимают трофические влияния нейрона, которые обеспечивают нормальную жизнедеятельность иннервируемых им структур - других нейронов и тканей. Нейротрофическое влияние - является частным случаем трофических взаимодействий между клетками и тканями, клетками одной популяции (нейрон - нейрон) и разных популяции (нейрон - исполнительная клетка).

Значение взаимодействия клеток одной популяции состоит в поддержании их оптимального для организма количества в рамках детерминированного региона, координации функции и распределения нагрузки в соответствии с принципом функционально-структурной гетерогенности, сохранения функциональных возможностей органа и их оптимального структурного обеспечения. Значение взаимодействия клеток разных популяций состоит в обеспечении их питания и созревания, соответствия друг другу по уровню дифференцировки, функциональным и структурным возможностям, взаиморегуляции, определяющей целостность органа на основе взаимодействия разных тканей и т.п.

Межклеточное взаимодействие нервно-трофического характера осуществляется с помощью нейроплазматического тока, т.е. движения нейроплазмы от ядра к периферии нейрона и в обратном направлении. Ток нейроплазмы - универсальное явление, характерное для животных всех видов, имеющих нервную систему: он происходит как в центральных, так и в периферических нейронах.

Принято считать, что единство и целостность организма определяются прежде всего деятельность нервной системы, ее импульсной (сигнальной) и рефлекторной активностью, которая обеспечивает функциональные связи между клетками, органами и анатомо-физиологическими системами.

В настоящее время в литературе господствующей является точка зрения, согласно которой каждый нейрон и иннервируемые им клетками, а также клетки-саттелиты (глия, швановские клетки, клетки соединительной ткани) составляют регионарную трофическую микросистему. Иннервируемые структуры, со своей стороны оказывают трофические влияния на иннервирующий их нейрон. Эта система функционирует как единое образование, и это единство обеспечивается межклеточным взаимодействием с помощью трофических факторов, называемыми «трофогенами», или «трофинами». Повреждение указанного трофического контура в виде нарушения или блокады идущего в обоих направлениях аксоплазматического тока, транспортирующего трофические факторы, ведет к возникновению дистрофического процесса не только в иннервируемой структуре (мышце, коже, других нейронах), но и в иннервирующем нейроне.

Трофогены - вещества белковой и, возможно, нуклеиновой или другой природы, выделяются из окончаний аксона и поступают в синаптическую щель, из которой они перемещаются в иннервируемую клетку. К трофическим факторам, в частности, относятся вещества белковой природы, способствующие росту, дифференцировке нейронов, например фактор роста нервов (Леви-Монтальчини), фактор роста фибробластов и другие разнообразные по своему составу и свойствам белки.

Эти соединения в большом количестве обнаруживаются в развивающейся нервной системе в эмбриональном периоде, а также при регенерации нервов после их повреждения. При их добавлении к культуре нейронов они предотвращают гибель части клеток (явление, подобное так называемой «запрограммированной» гибели нейронов). Рост регенерирующего аксона происходит при обязательном участии трофических факторов, синтез которых усиливается при травмах нервной ткани. Биосинтез трофогенов регулируется агентами, которые высвобождаются при повреждении мембран нейронов или их естественной стимуляции, а также в случае угнетения активности нейронов. В плазматической мембране нейронов содержатся ганглиозиды (сиалогликолипиды), например GM-I, которые усиливают рост и регенерацию нервов, повышают устойчивость нейронов к повреждению, вызывают гипертрофию сохранившихся нервных клеток. Предполагают, что ганглиозиды активируют образование трофогенов и вторичных мессенджеров. К регуляторам этого процесса относят также классические нейромедиаторы, которые изменяют уровень вторичных внутриклеточных мессенджеров; цАМФ и соответственно цАМФ-зависимые протеинкиназы могут воздействовать на ядерный аппарат и изменять активность генов, определяющих образование трофических факторов.

Известно, что повышение уровня цАМФ в интра- или экстрацеллюлярной среде ингибирует митотическую активность клеток, а снижение ее уровня способствует делению клеток. Обратное влияние на пролиферацию клеток оказывает цАМФ. Наряду с этим цАМФ и активаторы аденилатциклазы, определяющей синтез цАМФ стимулируют дифференцировку клеток. Вероятно, трофогены разных классов, обеспечивающие пролиферацию и созревание клеток-мишеней реализуют влияние во многом через различные циклические нуклеотиды. Сходную функцию могут выполнять активные пептиды (энкефалины, -эндорфин, субстанция Р и др.), играющие роль модуляторов нейропередачи. Они также имеет большое значение как индукторы трофогенов или даже непосредственно выполняют функцию трофогенов. Данные о важной роли нейромедиаторов и активных пептидов в осуществлении нервнотрофической функции свидетельствуют о тесной связи функциональных и трофических влияний.

Установлено, что трофическое влияние нейрона на клетку-мишень реализует через ее генетический аппарат (см. схему 1). Получено много доказательств того, что нервнотрофические влияния определяют степень дифференцировки ткани и денервация приводит к утрате дифференцировки. По своему метаболизму, структуре и функциональным свойствам денервированная ткань приближается к эмбриональной. Поступая в клетку-мишень путем эндоцитоза, трофогены непосредственно включается в структурно-метаболические процессы или воздействуют на генетический аппарат, обуславливая либо экспрессию, либо репрессию определенных генов. При непосредственном включении формируются сравнительно кратковременные изменения обмена веществ и ультраструктуры клетки, а при опосредованном включении, через генетический аппарат, долговременные и устойчивые изменения свойств клетки-мишени. В частности, в процессе эмбрионального развития и при регенерации перерезанных аксонов врастающие в ткань нервные волокна выделяют трофогены, обеспечивающие созревание и высокую дифференцировку регулируемых клеток. Наоборот, сами эти клетки выделяют свои трофогены, ориентирующие и стимулирующие рост нервных волокон, а также обеспечивающие установление их синаптических связей.

Трофогены определяют функциональные свойства иннервируемых клеток, особенности обмена и ультраструктуры, а также степень их дифференцировки. При постганглионарной денервации чувствительность этих клеток-мишеней к нейромедиаторам резко возрастает.

Известно, что к моменту рождения вся поверхность волокон скелетных мышц животных обладает чувствительностью к нейромедиатору ацетилхолину, а в процессе постнатального развития зона холинорецепции вновь расширяется, распространяясь на всю поверхность мышечного волокна, однако она суживается при реиннервации. Установлено, что в процессе врастания нервных волокон в мышцу трофогены, переходя в нее транссинаптическим путем, вызывают репрессию синтеза холинорецепторов на уровне транскрипции, поскольку в условиях деренвации их усиленное образование тормозится ингибиторами синтеза белка и РНК.

При деренвации (перерезка или экстирпация нервных элементов, иммуносимпатэктомия) возможно растормаживание пролиферативной потенции, например эпителия роговицы и ткани хрусталика глаза, клеток кроветвоной ткани. В последнем случае при смешанной (афферентно-эфферентной) денервации участка костного мозга увеличивается количество клеток с хромосомными аберрациями. Вероятно, в этом случае происходит не только нарушение метаболизма на деренвируемом участке, но и расстройство элиминации мутантных клеток.

Трофические функции свойственны не только конечных нейронам, регулирующим деятельность клеток исполнительных органов, но также центральным и афферентным нейронам. Известно, что перезка афферентных нервов вызывает дистрофические изменения в тканях, в то же время вещества, образующиеся в этой ткани, могут поступать по афферентным нервам в чувствительные нейронаы и даже в нейроны ЦНС. Рядом авторов показано, что перерезка как нейронов, так и дендритов чувствительных нейронов тройничного (гассерова) узла приводит к одинаковым дистрофическим изменениям в роговице глаза белых крыс.

Н.И. Грищенков и др. авторы выделили и описали общий нейродистрофический синдром, возникающий после перенесенных энцефалитов, черепно-мозговых травм, сосудистых и других поражений мозга. Этот синдром проявляется распространенной липодистрофией, гемиатрофией лица, пигментной дистрофией Лешке, тотальным облысением, нарушением трофики костной ткани, отеками кожи и подкожной жировой клетчатки.

Крайне тяжелые изменения обмена веществ с развитием атрофии или дистрофии выявляются при различных по происхождению поражениях эфферентных нервов, обеспечивающих трофическими влияниями слизистые оболочки, кожу, мышцы, кости, а также внутренние органы. Нарушения трофической функции эфферентных нейронов могут возникать не только в результате их непосредственного поражения, но и вследствие нарушения деятельности центральных, в том числе вставочных, или афферентных нейронов.

В то же время ткани-мишени ретроградко могут оказывать трофические влияния на эффекторные нейроны, а через них на вставочные, центральные и афферентные нейроны. В этом смысле кажется справедливым положение о том, что каждый нерв, какую бы функцию он ни выполнял, является одновременно и трофическим нервом.

По мнению Г.Н. Крыжановского (1989), нервная система представляет собой единую нервно-трофическую сеть, в которой соседние и отделенные нейроны обмениваются не только импульсами, но и трофическими сигналами, а также своим пластическим материалом.