Neuron: definicja, struktura, funkcja i typy

ludzki układ nerwowy ma jedną podstawową, ale niezwykle istotną funkcję: komunikowanie się i odbieranie informacji z różnych części ciała oraz generowanie odpowiedzi na te informacje w zależności od sytuacji.

W przeciwieństwie do innych układów w ciele, funkcję większości elementów układu nerwowego można ocenić jedynie za pomocą mikroskopii. Podczas gdy mózg i rdzeń kręgowy można dość łatwo zwizualizować w badaniu ogólnym, to jednak nie: zapewniają nawet ułamek zakresu elegancji i złożoności układu nerwowego i jego zadania.

Tkanka nerwowa jest jedną z czterech głównych tkanek ciała, pozostałe to tkanka mięśniowa, nabłonkowa i łączna. Jednostką funkcjonalną układu nerwowego jest neuronlub komórka nerwowa.

Chociaż neurony, podobnie jak prawie wszystkie komórki eukariotyczne, zawierają jądra komórkowe, cytoplazmę i organelle, są one wysoce wyspecjalizowane i zróżnicowane, nie tylko w odniesieniu do komórek w różnych systemach, ale także w porównaniu z różnymi rodzajami komórki nerwowe.

Układ nerwowy człowieka można podzielić na dwie kategorie: ośrodkowy układ nerwowy (OUN), który obejmuje ludzki mózg i rdzeń kręgowy, oraz obwodowego układu nerwowego (PNS), który obejmuje wszystkie inne elementy układu nerwowego.

Układ nerwowy składa się z dwóch głównych typów komórek: neurony, które są „myślącymi” komórkami, oraz glej, które wspierają komórki.

Oprócz anatomiczny podział układu nerwowego na OUN i PNS, układ nerwowy można również podzielić na podziały funkcjonalne: somatyczny i autonomiczny. „Somatyczny” w tym kontekście oznacza „dobrowolny”, podczas gdy „autonomiczny” zasadniczo oznacza „automatyczny” lub mimowolny.

Autonomiczny układ nerwowy (ANS) można dalej podzielić na podstawie funkcji na: współczujący i przywspółczulny układy nerwowe.

Pierwsza z nich jest poświęcona głównie działaniom „up-tempo”, a jej przejście na sprzęt jest często określane jako reakcja „walcz lub uciekaj”. Z drugiej strony przywspółczulny układ nerwowy zajmuje się czynnościami spowolnionymi, takimi jak trawienie i wydzielanie.

Neurony różnią się znacznie strukturą, ale wszystkie zawierają cztery podstawowe elementy: samo ciało komórki, dendryty, i akson, a zaciski aksonów.

„Dendrite” pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego „drzewo” i po przyjrzeniu się przyczyna jest oczywista. Dendryty to maleńkie gałęzie komórki nerwowej, które odbierają sygnały z jednego lub więcej (często wiele więcej) inne neurony.

Dendryty zbiegają się w ciele komórki, która, wyizolowana z wyspecjalizowanych składników komórki nerwowej, bardzo przypomina „typową” komórkę.

Z ciała komórki biegnie pojedynczy akson, który przenosi zintegrowane sygnały w kierunku docelowego neuronu lub tkanki. Aksony zwykle mają kilka własnych odgałęzień, chociaż jest ich mniej niż dendrytów; są one określane jako terminale aksonów, które działają mniej więcej jako rozdzielacze sygnału.

Podczas gdy z reguły dendryty przenoszą sygnały w kierunku ciała komórki, a aksony przenoszą je poza nią, sytuacja w neuronach czuciowych jest inna.

W tym przypadku dendryty biegnące ze skóry lub innego organu z unerwieniem czuciowym łączą się bezpośrednio w a akson peryferyjny, który przemieszcza się do ciała komórki; za centralny akson następnie opuszcza ciało komórki w kierunku rdzenia kręgowego lub mózgu.

Oprócz czterech głównych cech anatomicznych neurony mają szereg wyspecjalizowanych elementów, które ułatwiają ich pracę transmisyjną sygnały elektryczne wzdłuż ich długości.

osłonka mielinowa odgrywa taką samą rolę w neuronach, jak materiał izolacyjny w przewodach elektrycznych. (Większość z tego, co odkryli inżynierowie, została opracowana przez naturę bardzo dawno temu, często z wciąż lepszymi wynikami.) Mielina jest woskową substancją składającą się głównie z lipidów (tłuszczów), która otacza aksony.

Osłonka mielinowa jest przerwana przez szereg luk, biegnąc wzdłuż aksonu. Te węzły Ranvier zezwól na coś, co nazywa się potencjał czynnościowy rozprzestrzeniać się wzdłuż aksonu z dużą prędkością. Utrata mieliny jest odpowiedzialna za szereg chorób zwyrodnieniowych układu nerwowego, m.in.: stwardnienie rozsiane.

Połączenia między komórkami nerwowymi i innymi komórkami nerwowymi oraz tkankami docelowymi, które umożliwiają przekazywanie sygnałów elektrycznych, nazywane są synapsy. Podobnie jak dziura w pączku, reprezentują one raczej ważną fizyczną nieobecność niż obecność.

Pod kierunkiem potencjału czynnościowego aksonalny koniec neuronu uwalnia jeden z różnych typów neuroprzekaźnik chemikalia, które przenoszą sygnał przez małą szczelinę synaptyczną i do oczekującego dendrytu lub innego elementu po drugiej stronie.

Potencjały działania, sposób, za pomocą którego nerwy komunikują się ze sobą oraz z tkankami docelowymi nienerwowymi, takimi jak mięśnie i gruczoły, stanowią jeden z bardziej fascynujących osiągnięć neurobiologii ewolucyjnej. Pełny opis potencjału czynnościowego wymaga dłuższego opisu niż ten, który można tu przedstawić, ale podsumowując:

Jony sodu (Na+) są utrzymywane przez an Pompa ATPazy w błonie neuronalnej przy wyższym stężeniu na zewnątrz neuronu niż w nim, natomiast stężenie jony potasu (K+) jest utrzymywany wyżej wewnątrz neuronu niż poza nim przez ten sam mechanizm.

Oznacza to, że jony sodu zawsze „chcą” płynąć do neuronu, zgodnie z gradientem ich stężenia, podczas gdy jony potasu „chcą” wypłynąć na zewnątrz. (Jony są atomami lub cząsteczkami niosącymi ładunek elektryczny netto).

Różne bodźce, takie jak neuroprzekaźniki lub zniekształcenia mechaniczne, mogą otwierać kanały jonowe specyficzne dla substancji w Błona komórkowa na początku aksonu. Kiedy to nastąpi, jony Na+ wdzierają się, zaburzając działanie komórki spoczynkowy potencjał błonowy -70 mV (miliwoltów) i uczynienie go bardziej dodatnim.

W odpowiedzi jony K+ pędzą na zewnątrz, aby przywrócić potencjał błonowy do jego wartości spoczynkowej.

W rezultacie depolaryzacja rozprzestrzenia się bardzo szybko wzdłuż aksonu. Wyobraź sobie dwie osoby trzymające napiętą linę między sobą i jedną z nich podrzucającą jej koniec w górę.

Zobaczysz „falę” poruszającą się szybko w kierunku drugiego końca liny. W neuronach fala ta składa się z energii elektrochemicznej i stymuluje uwalnianie neuroprzekaźnika z zakończeń aksonu w synapsie.

Główne typy neuronów to:

• Neurony ruchowe (lub neurony ruchowe) ruch kontrolny (zwykle dobrowolny, ale czasem autonomiczny).
  
• Neurony czuciowe wykrywanie informacji sensorycznych (np. zmysł węchu w układzie węchowym).
• Interneurony działają jak „gumy przyspieszające” w łańcuchu transmisji sygnału, aby modulować informacje przesyłane między neuronami.
  
• Różnorodny wyspecjalizowane neurony w różnych obszarach mózgu, takich jak włókna Purkinjego i komórki piramidalne.

W zmielinizowanych neuronach potencjał czynnościowy porusza się płynnie między węzłami Ranviera, ponieważ osłonka mielinowa zapobiega depolaryzacji błony między węzłami. Powodem, dla którego węzły są rozmieszczone tak, jak są, jest to, że bliższy odstęp spowolniłby transmisję prędkości zaporowe, podczas gdy większy odstęp groziłby „wymieraniem” potencjału czynnościowego, zanim dotrze on do następny węzeł.

Stwardnienie rozsiane (MS) to choroba, która dotyka od 2 do 3 milionów ludzi na całym świecie. Mimo że SM jest znane od połowy XIX wieku, od 2019 r. nie można wyleczyć stwardnienia rozsianego, głównie dlatego, że nie wiadomo, co powoduje patologię obserwowaną w chorobie. Ponieważ utrata mieliny w neuronach OUN postępuje w czasie, dominuje utrata funkcji neuronów.

Chorobę można leczyć za pomocą sterydów i innych leków; samo w sobie nie jest śmiertelne, ale jest niezwykle wyniszczające i trwają intensywne badania medyczne mające na celu znalezienie lekarstwa na SM.