Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из Телодендрии )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аксон (от греческого ἄξων аксона , осей), или нервного волокна (или нервного волокна : см буквам различия ), длинный, тонкий выступ нервной клетки, или нейроны , у позвоночных, которые обычно проводит электрические импульсы , известные как потенциалы действия от тела нервной клетки . Функция аксона - передавать информацию различным нейронам, мышцам и железам. В некоторых сенсорных нейронах ( псевдоуниполярных нейронах ), таких как нейроны прикосновения и тепла, аксоны называются афферентными нервными волокнами.и электрический импульс проходит по ним от периферии к телу клетки и от тела клетки к спинному мозгу по другой ветви того же аксона. Дисфункция аксонов вызывает множество наследственных и приобретенных неврологических расстройств, которые могут поражать как периферические, так и центральные нейроны. Нервные волокна классифицируются на три типа - группа А нервные волокна , группа B нервных волокон , и группа С нервных волокон . Группы A и B миелинизированы , а группа C немиелинизирована. Эти группы включают как сенсорные волокна, так и двигательные волокна. Другая классификация группирует только сенсорные волокна как Тип I, Тип II, Тип III и Тип IV.

Аксон - это один из двух типов цитоплазматических выступов из тела клетки нейрона; другой тип - дендрит . Аксоны отличаются от дендритов несколькими особенностями, включая форму (дендриты часто сужаются, в то время как аксоны обычно имеют постоянный радиус), длину (дендриты ограничены небольшой областью вокруг тела клетки, в то время как аксоны могут быть намного длиннее) и функцию (дендриты получают сигналы, тогда как аксоны передают их). Некоторые типы нейронов не имеют аксона и передают сигналы от своих дендритов. У некоторых видов аксоны могут исходить из дендритов, известных как дендриты, несущие аксоны. [1]Ни у одного нейрона никогда не бывает более одного аксона; однако у беспозвоночных, таких как насекомые или пиявки, аксон иногда состоит из нескольких областей, которые функционируют более или менее независимо друг от друга. [2]

Аксоны покрыты мембраной, известной как аксолемма ; цитоплазма аксона называется аксоплазмой . Большинство аксонов разветвляются, в некоторых случаях очень обильно. Концевые ветви аксона называются телодендриями . Набухший конец телодендрона известен как окончание аксона, которое присоединяется к дендрону или телу клетки другого нейрона, образуя синаптическую связь. Аксоны контактируют с другими клетками - обычно с другими нейронами, но иногда с клетками мышц или желез - в соединениях, называемых синапсами . В некоторых случаях аксон одного нейрона может образовывать синапс с дендритами того же нейрона, что приводит к аутапсу . В синапсе мембранааксона близко прилегает к мембране клетки-мишени, а специальные молекулярные структуры служат для передачи электрических или электрохимических сигналов через промежуток. Некоторые синаптической щели появляются вдоль аксона , как она проходит, они называются Мимоходом ( «попутно») синапсов и может быть в сотни или даже тысячи вдоль одного аксона. [3] Другие синапсы появляются как терминалы на концах аксональных ветвей.

Один аксон со всеми его ветвями, взятыми вместе, может иннервировать несколько частей мозга и генерировать тысячи синаптических окончаний. Пучок из аксонов сделать нерв тракт в центральной нервной системе , [4] и пучок в периферической нервной системе . У плацентарных млекопитающих самый большой тракт белого вещества в головном мозге - мозолистое тело , образованное примерно из 200 миллионов аксонов в человеческом мозге . [4]

Анатомия [ править ]

Типичный миелинизированный аксон
Рассеченный человеческий мозг с серым и белым веществами.

Аксоны - это первичные линии передачи нервной системы , и в виде пучков они образуют нервы . Некоторые аксоны могут достигать одного метра и более, а другие - всего лишь один миллиметр. Самые длинные аксоны в человеческом теле - это аксоны седалищного нерва , которые проходят от основания спинного мозга до большого пальца каждой ноги. Диаметр аксонов также варьируется. Большинство отдельных аксонов имеют микроскопический диаметр (обычно около одного микрометра (мкм) в поперечнике). Самые большие аксоны млекопитающих могут достигать в диаметре до 20 мкм. Кальмара гигантский аксон , который специализируется на проведение сигналы очень быстро, близок к 1 миллиметрув диаметре, размером с грифель карандаша. Количество аксональных телодендрий (разветвленных структур на конце аксона) также может различаться от одного нервного волокна к другому. Аксоны в центральной нервной системе (ЦНС) обычно показывают множественные телодендрии с множеством синаптических конечных точек. Для сравнения, аксон гранулярных клеток мозжечка характеризуется одним Т-образным узлом ответвления, от которого отходят два параллельных волокна . Продуманное ветвление позволяет одновременно передавать сообщения большому количеству целевых нейронов в одной области мозга.

В нервной системе есть два типа аксонов : миелинизированные и немиелинизированные аксоны. [5] Миелин представляет собой слой изолирующего жирового вещества, который образован двумя типами глиальных клеток : шванновскими клетками и олигодендроцитами . В периферической нервной системе шванновские клетки образуют миелиновую оболочку миелинизированного аксона. В центральной нервной системе олигодендроциты образуют изолирующий миелин. Вдоль миелинизированных нервных волокон пробелы в миелиновой оболочке, известные как узлы Ранвье.происходят через равные промежутки времени. Миелинизация обеспечивает особенно быстрый способ распространения электрических импульсов, называемый скачкообразной проводимостью .

Миелинизированные аксоны нейронов коры образуют основную часть нервной ткани, называемой белым веществом головного мозга. Миелин придает ткани белый цвет в отличие от серого вещества коры головного мозга, которое содержит тела нейрональных клеток. Аналогичное расположение наблюдается в мозжечке . Связки миелинизированных аксонов образуют нервные пути в ЦНС. Там, где эти тракты пересекают среднюю линию мозга и соединяют противоположные области, они называются комиссурами . Самым крупным из них является мозолистое тело, которое соединяет два полушария головного мозга , и у него около 20 миллионов аксонов.[4]

Видно, что структура нейрона состоит из двух отдельных функциональных областей или компартментов - тела клетки вместе с дендритами в качестве одной области и аксональной области в качестве другой.

Аксональная область [ править ]

Аксональная область или компартмент включает бугорок аксона, начальный сегмент, остальную часть аксона, телодендрии аксона и терминалы аксона. Он также включает миелиновую оболочку. В органы Ниссля , которые производят нейронные белки отсутствуют в аксонов регионе. [3] Белки, необходимые для роста аксона и удаления отходов жизнедеятельности, нуждаются в транспортном каркасе. Этот аксональный транспорт обеспечивается в аксоплазме за счет расположения микротрубочек и промежуточных филаментов, известных как нейрофиламенты .

Аксонский холм [ править ]

Деталь, показывающая микротрубочки на бугорке аксона и начальном сегменте.

Аксона бугор является областью образована из тела клетки нейрона , как он проходит , чтобы стать аксоном. Он предшествует начальному сегменту. Полученные потенциалы действия, которые суммируются в нейроне, передаются на бугорок аксона для генерации потенциала действия из начального сегмента.

Начальный сегмент [ править ]

Аксонов начальный сегмент (АИС) представляет собой структурно и функционально отдельный микродоменной аксона. [6] [7] Одной из функций начального сегмента является отделение основной части аксона от остальной части нейрона; другая функция - помочь инициировать потенциалы действия . [8] Обе эти функции поддерживают полярность нейронных клеток , при которой дендриты (и, в некоторых случаях, сома ) нейрона получают входные сигналы в базальной области, а в апикальной области аксон нейрона обеспечивает выходные сигналы. [9]

Начальный сегмент аксона немиелинизирован и содержит специализированный комплекс белков. Его длина составляет приблизительно от 20 до 60 мкм, и он функционирует как место инициации потенциала действия. [10] [11] Как положение на аксоне, так и длина AIS могут изменяться, показывая степень пластичности, которая может точно настраивать нейрональный выход. [10] [12] Более длинный AIS связан с большей возбудимостью. [12] Пластичность также проявляется в способности AIS изменять свое распределение и поддерживать активность нейронных схем на постоянном уровне. [13]

AIS специализируется на быстрой передаче нервных импульсов . Это достигается за счет высокой концентрации потенциал-управляемых натриевых каналов в начальном сегменте, где возникает потенциал действия. [13] Ионные каналы сопровождаются большим количеством молекул клеточной адгезии и каркасных белков, которые прикрепляют их к цитоскелету. [10] Взаимодействие с анкирином G важно, поскольку он является основным организатором в AIS. [10]

Аксональный транспорт [ править ]

Аксоплазме является эквивалентом цитоплазмы в клетке . В аксоплазме на бугорке аксона образуются микротрубочки . Они расположены по длине аксона в перекрывающихся участках и все направлены в одном направлении - к окончанию аксона. [14] Это отмечено положительными окончаниями микротрубочек. Это перекрывающееся расположение обеспечивает маршруты транспортировки различных материалов из тела клетки. [14] Исследования аксоплазмы показали движение многочисленных пузырьков всех размеров, которые можно увидеть вдоль цитоскелетных филаментов - микротрубочек и нейрофиламентов , в обоих направлениях между аксоном и его окончаниями и телом клетки.

Исходящий антероградный транспорт из тела клетки по аксону переносит митохондрии и мембранные белки, необходимые для роста, к концу аксона. Ретроградный транспорт переносит отходы клеток от терминала аксона к телу клетки. [15] Исходящие и входящие треки используют разные наборы моторных белков . [14] Исходящий транспорт обеспечивается кинезином , а входящий обратный трафик обеспечивается динеином . Динеин направлен на минус-конец. [15] Существует множество форм моторных белков кинезина и динеина, и считается, что каждая из них несет свой груз. [14]Исследования транспорта в аксоне привели к названию кинезина. [14]

Миелинизация [ править ]

ПЭМ миелинизированного аксона в поперечном сечении.
Поперечное сечение аксона: (1) Аксон (2) Ядро (3) Шванновская клетка (4) Миелиновая оболочка (5) Нейрилемма

В нервной системе аксоны могут быть миелинизированными или немиелинизированными. Это обеспечение изолирующего слоя, называемого миелиновой оболочкой. Миелиновая мембрана уникальна своим относительно высоким соотношением липидов к белку. [16]

В периферической нервной системе аксоны миелинизируются глиальными клетками, известными как клетки Шванна . В центральной нервной системе миелиновую оболочку составляют глиальные клетки другого типа - олигодендроциты . Клетки Шванна миелинизируют единственный аксон. Олигодендроцит может миелинизировать до 50 аксонов. [17]

Состав миелина у этих двух типов разный. В ЦНС основным белком миелина является протеолипидный белок , а в ПНС - основным белком миелина .

Узлы Ранвье [ править ]

Узлы Ранвье (также известные как щели миелиновой оболочки ) представляют собой короткие немиелинизированные сегменты миелинизированного аксона , которые периодически встречаются между сегментами миелиновой оболочки. Следовательно, в точке узла Ранвье аксон уменьшается в диаметре. [18] Эти узлы представляют собой области, где могут быть созданы потенциалы действия. В скачкообразном проведенииэлектрические токи, возникающие в каждом узле Ранвье, передаются с небольшим затуханием к следующему узлу в линии, где они остаются достаточно сильными, чтобы генерировать другой потенциал действия. Таким образом, в миелинизированном аксоне потенциалы действия эффективно «прыгают» от узла к узлу, минуя миелинизированные участки между ними, в результате чего скорость распространения намного выше, чем может выдержать даже самый быстрый немиелинизированный аксон.

Терминалы Axon [ править ]

Аксон может делиться на множество ветвей, называемых телодендриями (греч. Конец дерева). В конце каждого телодендрона находится терминал аксона (также называемый синаптическим бутоном или терминальным бутоном). Терминалы аксонов содержат синаптические пузырьки , в которых хранится нейромедиатор для высвобождения в синапсе . Это делает возможными множественные синаптические связи с другими нейронами. Иногда аксон нейрона может синапсировать с дендритами того же нейрона, что называется аутапсом .

Потенциалы действия [ править ]

Большинство аксонов несут сигналы в виде потенциалов действия , которые представляют собой дискретные электрохимические импульсы, которые быстро проходят по аксону, начиная с тела клетки и заканчиваясь в точках, где аксон устанавливает синаптический контакт с клетками-мишенями. Определяющей характеристикой потенциала действия является то, что он является принципом «все или ничего» - каждый потенциал действия, который генерирует аксон, по существу имеет одинаковый размер и форму. Эта характеристика «все или ничего» позволяет передавать потенциалы действия от одного конца длинного аксона к другому без какого-либо уменьшения размера. Однако есть некоторые типы нейронов с короткими аксонами, которые несут ступенчатые электрохимические сигналы переменной амплитуды.

Когда потенциал действия достигает пресинаптического терминала, он активирует процесс синаптической передачи. Первый шаг - быстрое открытие каналов для ионов кальция в мембране аксона, позволяя ионам кальция проходить внутрь через мембрану. Результирующее увеличение внутриклеточной концентрации кальция приводит к тому, что синаптические везикулы (крошечные контейнеры, окруженные липидной мембраной), заполненные химическим нейромедиатором, сливаются с мембраной аксона и выводят свое содержимое во внеклеточное пространство. Нейромедиатор высвобождается из пресинаптического нерва посредством экзоцитоза.. Затем химический нейротрансмиттер диффундирует к рецепторам, расположенным на мембране клетки-мишени. Нейромедиатор связывается с этими рецепторами и активирует их. В зависимости от типа активируемых рецепторов действие на клетку-мишень может заключаться в возбуждении клетки-мишени, ее подавлении или изменении ее метаболизма каким-либо образом. Вся эта последовательность событий часто происходит менее чем за тысячную долю секунды. После этого внутри пресинаптического терминала новый набор пузырьков перемещается в положение рядом с мембраной, готовых к высвобождению при достижении следующего потенциала действия. Потенциал действия - это последний электрический шаг в интеграции синаптических сообщений в масштабе нейрона. [5]

(A) пирамидная ячейка, интернейрон и форма волны короткой длительности (Axon), наложение трех средних форм волны;
(B) Средняя и стандартная ошибка времени прохождения пика для интернейронов пирамидных клеток и предполагаемых аксонов;
(C) График разброса отношения сигнал / шум для отдельных единиц в зависимости от времени пика для аксонов, пирамидных клеток (PYR) и интернейронов (INT).

Внеклеточные записи распространения потенциала действия в аксонах были продемонстрированы у свободно движущихся животных. В то время как внеклеточные соматические потенциалы действия использовались для изучения клеточной активности у свободно перемещающихся животных, таких как клетки места , аксональная активность как в белом, так и в сером веществетакже могут быть записаны. Внеклеточные записи распространения потенциала действия аксонов отличаются от соматических потенциалов действия по трем причинам: 1. Сигнал имеет более короткую длительность спада пика (~ 150 мкс), чем у пирамидных клеток (~ 500 мкс) или интернейронов (~ 250 мкс). 2. Изменение напряжения трехфазное. 3. Активность, записанная на тетроде, видна только на одном из четырех проводов записи. В записях от свободно движущихся крыс аксональные сигналы были изолированы в трактах белого вещества, включая альвеус и мозолистое тело, а также в сером веществе гиппокампа. [19]

Фактически, генерация потенциалов действия in vivo носит последовательный характер, и эти последовательные всплески составляют цифровые коды в нейронах . Хотя предыдущие исследования указывают на аксональное происхождение одиночного спайка, вызванного кратковременными импульсами, физиологические сигналы in vivo запускают инициирование последовательных спайков в телах клеток нейронов. [20] [21]

В дополнение к распространению потенциалов действия к окончанию аксона, аксон способен усиливать потенциалы действия, что обеспечивает безопасное распространение последовательных потенциалов действия к окончанию аксона. Что касается молекулярных механизмов, потенциал-управляемые натриевые каналы в аксонах обладают более низким порогом и более коротким рефрактерным периодом в ответ на кратковременные импульсы. [22]

Развитие и рост [ править ]

Развитие [ править ]

Развитие аксона до его мишени - это один из шести основных этапов общего развития нервной системы . [23] Исследования, проведенные на культивируемых нейронах гиппокампа, предполагают, что нейроны изначально продуцируют несколько эквивалентных нейритов , но только одному из этих нейритов суждено стать аксоном. [24] Неясно, предшествует ли спецификация аксона удлинению аксона или наоборот, [25]хотя недавние свидетельства указывают на последнее. Если разрезать не полностью развитый аксон, полярность может измениться, и другие нейриты потенциально могут стать аксоном. Это изменение полярности происходит только в том случае, если аксон срезан как минимум на 10 мкм короче, чем другие нейриты. После того, как разрез будет сделан, самый длинный нейрит станет будущим аксоном, а все остальные нейриты, включая исходный аксон, превратятся в дендриты. [26] Воздействие внешней силы на нейрит, заставляющее его удлиняться, превращает его в аксон. [27] Тем не менее, развитие аксонов достигается за счет сложного взаимодействия между внеклеточной передачей сигналов, внутриклеточной передачей сигналов и динамикой цитоскелета .

Внеклеточная передача сигналов [ править ]

Внеклеточные сигналы, которые распространяются через внеклеточный матрикс, окружающий нейроны, играют важную роль в развитии аксонов. [28] Эти сигнальные молекулы включают белки, нейротрофические факторы , внеклеточный матрикс и молекулы адгезии. Нетрин (также известный как UNC-6), секретируемый белок, участвует в образовании аксонов. Когда рецептор нетрина UNC-5 мутирует, несколько нейритов нерегулярно проецируются из нейронов и, наконец, один аксон вытягивается вперед. [29] [30] [31] [32] Нейротрофические факторы - фактор роста нервов (NGF), нейротрофический фактор головного мозга.(BDNF) и нейротрофин-3 (NTF3) также участвуют в развитии аксонов и связываются с рецепторами Trk . [33]

Ганглиозидов -converting фермента плазматической мембраны ганглиозидов сиалидазы (PMGS), который участвует в активации TrkA на кончике neutrites, требуется для удлинения аксонов. PMGS асимметрично распространяется на кончик нейрита, которому суждено стать будущим аксоном. [34]

Внутриклеточная передача сигналов [ править ]

Во время развития аксона активность PI3K увеличивается на конце предназначенного аксона. Нарушение активности PI3K тормозит развитие аксонов. Активация PI3K приводит к выработке фосфатидилинозитол (3,4,5) -трисфосфата (PtdIns), который может вызывать значительное удлинение нейрита, превращая его в аксон. Таким образом, сверхэкспрессия фосфатаз , дефосфорилирующих PtdIns, приводит к нарушению поляризации. [28]

Цитоскелетная динамика [ править ]

Нейрит с наименьшим содержанием актиновых волокон станет аксоном. Концентрация PGMS и содержание f-актина обратно коррелированы; когда PGMS становится обогащенным на кончике нейрита, содержание в нем f-актина существенно снижается. [34] Кроме того, воздействие препаратов, деполимеризующих актин, и токсина B (который инактивирует передачу сигналов Rho ) вызывает образование множественных аксонов. Следовательно, прерывание актиновой сети в конусе роста будет способствовать превращению ее нейрита в аксон. [35]

Рост [ править ]

Аксон девятидневной мыши с видимым конусом роста

Растущие аксоны перемещаются в окружающей среде через конус роста , который находится на кончике аксона. Конус роста имеет широкое пластинчатое расширение, называемое ламеллиподиумом, которое содержит выступы, называемые филоподиями . Филоподии - это механизм, с помощью которого весь процесс прикрепляется к поверхностям и исследует окружающую среду. Актин играет важную роль в подвижности этой системы. Среда с высоким уровнем молекул клеточной адгезии (CAM) создает идеальную среду для роста аксонов. Похоже, это обеспечивает «липкую» поверхность для роста аксонов. Примеры CAM, специфичных для нейронных систем, включают N-CAM , TAG-1 - аксональныйгликопротеин - [36] - и МАГ , все из которых являются частью суперсемейства иммуноглобулинов . Другой набор молекул, называемый внеклеточным матриксом, - молекулы адгезии также обеспечивают липкий субстрат для роста аксонов. Примеры этих молекул включают ламинин , фибронектин , тенасцин и перлекан . Некоторые из них поверхностно связаны с клетками и поэтому действуют как аттрактанты или репелленты ближнего действия. Другие являются диффундирующими лигандами и, следовательно, могут иметь эффекты длительного действия.

Клетки называемой Вехи клетки помочь в руководстве нейронального роста аксонов. Эти клетки, которые помогают направлять аксоны , обычно представляют собой другие нейроны, которые иногда незрелы. Когда аксон завершает свой рост в месте его соединения с мишенью, диаметр аксона может увеличиваться до пяти раз, в зависимости от требуемой скорости проводимости . [37]

В ходе исследований также было обнаружено, что если аксоны нейрона были повреждены, до тех пор, пока сома (тело клетки нейрона ) не повреждена, аксоны будут регенерировать и воссоздавать синаптические связи с нейронами с помощью направляющего столба. клетки . Это также называется нейрорегенерацией . [38]

Nogo-A - это тип компонента, ингибирующего рост нейритов, который присутствует в миелиновых мембранах центральной нервной системы (обнаружен в аксоне). Он играет решающую роль в ограничении регенерации аксонов в центральной нервной системе взрослых млекопитающих. В недавних исследованиях, если Nogo-A блокирован и нейтрализован, можно вызвать регенерацию аксонов на большом расстоянии, что приводит к усилению функционального восстановления у крыс и спинного мозга мыши. Этого еще предстоит сделать на людях. [39] Недавнее исследование также показало, что макрофаги, активируемые специфическим воспалительным путем, активируемым рецептором Dectin-1 , способны способствовать восстановлению аксонов, однако также вызывают нейротоксичность в нейроне. [40]

Регулировка длины [ править ]

Аксоны в значительной степени различаются по длине от нескольких микрометров до метров у некоторых животных. Это подчеркивает, что должен существовать механизм регулирования длины клетки, позволяющий нейронам ощущать длину своих аксонов и соответственно контролировать их рост. Было обнаружено, что моторные белки играют важную роль в регулировании длины аксонов. [41] Основываясь на этом наблюдении, исследователи разработали явную модель роста аксонов, описывающую, как моторные белки могут влиять на длину аксона на молекулярном уровне. [42] [43] [44] [45] Эти исследования предполагают, что моторные белки переносят сигнальные молекулы от сомы к конусу роста и наоборот, концентрация которых колеблется во времени с частотой, зависящей от длины.

Классификация [ править ]

Аксоны нейронов периферической нервной системы человека можно классифицировать по их физическим характеристикам и свойствам проводимости сигнала. Было известно, что аксоны имеют разную толщину (от 0,1 до 20 мкм) [3], и считалось, что эти различия связаны со скоростью, с которой потенциал действия может перемещаться по аксону - скоростью его проводимости . Эрлангер и Гассер доказали эту гипотезу и идентифицировали несколько типов нервных волокон, установив связь между диаметром аксона и скоростью проводимости по нему . Они опубликовали свои открытия в 1941 году, дав первую классификацию аксонов.

Аксоны подразделяются на две системы. Первый, введенный Эрлангером и Гассером, сгруппировал волокна в три основные группы, используя буквы A, B и C. Эти группы, группа A , группа B и группа C, включают как сенсорные волокна ( афференты ), так и двигательные волокна. ( эфференты ). Первая группа A была разделена на альфа, бета, гамма и дельта волокна - Aα, Aβ, Aγ и Aδ. Моторными нейронами различных моторных волокон были нижние моторные нейроны - альфа-мотонейрон , бета-мотонейрон и гамма-мотонейрон, имеющие нервные волокна Aα, Aβ и Aγ соответственно.

Более поздние открытия других исследователей идентифицировали две группы волокон Aa, которые были сенсорными волокнами. Затем они были введены в систему, которая включала только сенсорные волокна (хотя некоторые из них были смешанными нервами, а также двигательными волокнами). В этой системе сенсорные группы называются Типами и используются римские цифры: Тип Ia, Тип Ib, Тип II, Тип III и Тип IV.

Мотор [ править ]

Нижние двигательные нейроны имеют два типа волокон:

Сенсорный [ править ]

Различные сенсорные рецепторы иннервируют разные типы нервных волокон. Проприоцепторы иннервируются сенсорными волокнами типа Ia, Ib и II, механорецепторы - сенсорными волокнами типа II и III, а ноцицепторы и терморецепторы - сенсорными волокнами типа III и IV.

Автономный [ править ]

Вегетативная нервная система имеет два вида периферических волокон:

Клиническое значение [ править ]

По степени тяжести повреждение нерва может быть описано как нейрапраксия , аксонотмезис или нейротмезис . Сотрясение мозга считается легкой формой диффузного повреждения аксонов . [49] Поражение аксонов также может вызывать центральный хроматолиз . Дисфункция аксонов нервной системы является одной из основных причин многих наследственных неврологических расстройств , поражающих как периферические, так и центральные нейроны. [5]

Когда аксон раздавлен, активный процесс дегенерации аксонов происходит в части аксона, наиболее удаленной от тела клетки. Эта дегенерация происходит быстро после травмы, когда часть аксона блокируется мембранами и разрушается макрофагами. Это известно как валлеровское вырождение . [50] Отмирание аксона также может иметь место при многих нейродегенеративных заболеваниях, особенно при нарушении транспорта аксонов, это известно как дегенерация по типу Валлера. [51] Исследования показывают, что дегенерация происходит в результате того, что аксональный белок NMNAT2 не может достичь всего аксона. [52]

Демиелинизация аксонов вызывает множество неврологических симптомов, обнаруживаемых при заболевании рассеянным склерозом .

Дисмиелинизация - это аномальное образование миелиновой оболочки. Это связано с несколькими лейкодистрофиями , а также с шизофренией . [53] [54] [55]

Тяжелая черепно-мозговая травма может привести к обширным поражениям нервных трактов, повреждая аксоны в состоянии, известном как диффузное повреждение аксонов . Это может привести к стойкому вегетативному состоянию . [56] В исследованиях на крысах было показано, что повреждение аксонов в результате единичного легкого черепно-мозгового повреждения может привести к дальнейшему повреждению после повторных легких черепно-мозговых травм. [57]

Канал наведения нервов - это искусственное средство направления роста аксонов, обеспечивающее нейрорегенерацию , и одно из многих методов лечения, используемых при различных видах повреждения нервов .

История [ править ]

Немецкому анатому Отто Фридриху Карлу Дейтерсу обычно приписывают открытие аксона, отличив его от дендритов. [5] Швейцарский Рюдольф Альберт фон Кёлликер и немец Роберт Ремак были первыми, кто идентифицировал и охарактеризовал начальный сегмент аксона. Кёлликер назвал аксон в 1896 году. [58] Луи-Антуан Ранвье был первым, кто описал промежутки или узлы, обнаруженные на аксонах, и за этот вклад эти аксональные особенности теперь обычно называют узлами Ранвье . Сантьяго Рамон-и-Кахаль , испанский анатом, предположил, что аксоны были выходными компонентами нейронов, описывая их функции. [5] Джозеф Эрлангер и Герберт Гассер ранее разработали систему классификации периферических нервных волокон [59], основанную на скорости аксональной проводимости, миелинизации , размере волокна и т. Д. Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли также использовали гигантский аксон кальмара (1939), и к 1952 году они получили полное количественное описание ионной основы потенциала действия , приводящее к формулировке модели Ходжкина – Хаксли . Ходжкин и Хаксли были совместно удостоены Нобелевской премии.для этой работы в 1963 году. Формулы, описывающие аксональную проводимость, были распространены на позвоночных в уравнениях Франкенхойзера-Хаксли. Понимание биохимической основы распространения потенциала действия продвинулось дальше и включает много деталей об отдельных ионных каналах .

Другие животные [ править ]

Аксоны у беспозвоночных широко изучены. Longfin Прибрежная кальмара , часто используется в качестве модельного организма имеет самый длинный известный аксон. [60] У гигантского кальмара самый большой из известных аксонов . Его размер колеблется от половины (обычно) до одного миллиметра в диаметре и используется для управления его реактивной двигательной установкой. Самая быстрая зарегистрированная скорость проводимости 210 м / с обнаружена в заключенных в оболочку аксонах некоторых пелагических креветок Penaeid [61], а обычный диапазон составляет от 90 до 200 м / с [62] ( ср. 100–120 м / с для самый быстрый аксон миелинизированных позвоночных.)

В других случаях, как показали исследования на крысах, аксон происходит от дендрита; такие аксоны имеют «дендритное происхождение». Некоторые аксоны с дендритным происхождением аналогичным образом имеют «проксимальный» начальный сегмент, который начинается непосредственно в источнике аксона, в то время как другие имеют «дистальный» начальный сегмент, заметно отделенный от источника аксона. [63] У многих видов некоторые из нейронов имеют аксоны, которые исходят из дендрита, а не из тела клетки, и они известны как дендриты, несущие аксоны. [1] Во многих случаях аксон берет свое начало на бугорке аксона на соме; такие аксоны имеют «соматическое происхождение». Некоторые аксоны соматического происхождения имеют «проксимальный» начальный сегмент, примыкающий к бугорку аксона, тогда как другие имеют «дистальный» начальный сегмент,отделен от сомы протяженным бугорком аксона.[63]

См. Также [ править ]

  • Электрофизиология
  • Ганглионарное возвышение
  • Гигантская аксональная нейропатия
  • Нейрональная трассировка
  • Пионерский аксон

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Triarhou LC (2014). «Аксоны, исходящие от дендритов: филогенетические последствия с оттенками Кахаля» . Границы нейроанатомии . 8 : 133. DOI : 10,3389 / fnana.2014.00133 . PMC  4235383 . PMID  25477788 .
  2. Яу К.В. (декабрь 1976 г.). «Рецептивные поля, геометрия и проводящий блок сенсорных нейронов центральной нервной системы пиявки» . Журнал физиологии . 263 (3): 513–38. DOI : 10.1113 / jphysiol.1976.sp011643 . PMC 1307715 . PMID 1018277 .  
  3. ^ a b c Сквайр, Ларри (2013). Фундаментальная неврология (4-е изд.). Амстердам: Elsevier / Academic Press. С. 61–65. ISBN 978-0-12-385-870-2.
  4. ^ a b c Людерс Э., Томпсон П.М., Тога А.В. (август 2010 г.). «Развитие мозолистого тела в мозге здорового человека» . Журнал неврологии . 30 (33): 10985–90. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.5122-09.2010 . PMC 3197828 . PMID 20720105 .  
  5. ^ a b c d e Debanne D, Campanac E, Bialowas A, Carlier E, Alcaraz G (апрель 2011 г.). «Аксонная физиология» (PDF) . Физиологические обзоры . 91 (2): 555–602. DOI : 10.1152 / Physrev.00048.2009 . PMID 21527732 . S2CID 13916255 .   
  6. Перейти ↑ Nelson AD, Jenkins PM (2017). «Аксональные мембраны и их домены: сборка и функция начального сегмента аксона и узла Ранвье» . Границы клеточной неврологии . 11 : 136. DOI : 10,3389 / fncel.2017.00136 . PMC 5422562 . PMID 28536506 .  
  7. ^ Летерье С, Н Клерк, Руэда-Boroni Ж, Montersino А, Б Dargent, Castets F (2017). «Мембранные партнеры Ankyrin G способствуют созданию и поддержанию начального сегмента аксона» . Границы клеточной неврологии . 11 : 6. DOI : 10,3389 / fncel.2017.00006 . PMC 5266712 . PMID 28184187 .  
  8. Leterrier C (февраль 2018 г.). «Начальный сегмент аксона: обновленная точка зрения» . Журнал неврологии . 38 (9): 2135–2145. DOI : 10.1523 / jneurosci.1922-17.2018 . PMC 6596274 . PMID 29378864 .  
  9. ^ Расбанд MN (август 2010). «Начальный сегмент аксона и поддержание полярности нейронов». Обзоры природы. Неврология . 11 (8): 552–62. DOI : 10.1038 / nrn2852 . PMID 20631711 . S2CID 23996233 .  
  10. ^ а б в г Джонс С.Л., Свиткина Т.М. (2016). "Цитоскелет начального сегмента аксона: архитектура, развитие и роль в полярности нейронов" . Нейропластичность . 2016 : 6808293. дои : 10,1155 / 2016/6808293 . PMC 4967436 . PMID 27493806 .  
  11. Перейти ↑ Clark BD, Goldberg EM, Rudy B (декабрь 2009 г.). «Электрогенная настройка начального сегмента аксона» . Невролог . 15 (6): 651–68. DOI : 10.1177 / 1073858409341973 . PMC 2951114 . PMID 20007821 .  
  12. ^ а б Ямада Р., Куба Х (2016). «Структурная и функциональная пластичность в начальном сегменте аксона» . Границы клеточной неврологии . 10 : 250 DOI : 10,3389 / fncel.2016.00250 . PMC 5078684 . PMID 27826229 .  
  13. ^ а б Сусуки К., Куба Х (март 2016 г.). «Активно-зависимая регуляция возбудимых аксональных доменов». Журнал физиологических наук . 66 (2): 99–104. DOI : 10.1007 / s12576-015-0413-4 . PMID 26464228 . S2CID 18862030 .  
  14. ^ а б в г д Альбертс Б. (2004). Essential Cell Biology: введение в молекулярную биологию клетки (2-е изд.). Нью-Йорк: Гарленд. С.  584–587 . ISBN 978-0-8153-3481-1.
  15. ^ a b Альбертс B (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Гарленд. С. 979–981. ISBN 978-0-8153-4072-0.
  16. ^ Озген, H; Барон, W; Hoekstra, D; Кахья, Н. (сентябрь 2016 г.). «Динамика олигодендроглиальной мембраны в связи с биогенезом миелина» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 73 (17): 3291–310. DOI : 10.1007 / s00018-016-2228-8 . PMC 4967101 . PMID 27141942 .  
  17. Перейти ↑ Sadler, T. (2010). Медицинская эмбриология Лангмана (11-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт Уильям и Уилкинс. п. 300 . ISBN 978-0-7817-9069-7.
  18. Hess A, Young JZ (ноябрь 1952 г.). «Узлы Ранвье». Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . Серия Б. 140 (900): 301–20. Bibcode : 1952RSPSB.140..301H . DOI : 10,1098 / rspb.1952.0063 . JSTOR 82721 . PMID 13003931 . S2CID 11963512 .   
  19. Перейти ↑ Robbins AA, Fox SE, Holmes GL, Scott RC, Barry JM (ноябрь 2013 г.). «Кратковременные сигналы, записанные внеклеточно у свободно движущихся крыс, представляют активность аксонов» . Границы в нейронных цепях . 7 (181): 181. DOI : 10,3389 / fncir.2013.00181 . PMC 3831546 . PMID 24348338 .  
  20. ^ Rongjing Ge, Hao Qian и Jin-Hui Wang * (2011) Молекулярный мозг 4 (19), 1 ~ 11
  21. ^ Rongjing Ge, Хао Цянь, Na Чен и Джин Хи-Ван * (2014) Молекулярная Мозг 7 (26): 1-16
  22. Chen N, Yu J, Qian H, Ge R, Wang JH (июль 2010 г.). «Аксоны усиливают соматические неполные спайки до однородных амплитуд в кортикальных пирамидных нейронах мышей» . PLOS ONE . 5 (7): e11868. Bibcode : 2010PLoSO ... 511868C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0011868 . PMC 2912328 . PMID 20686619 .  
  23. ^ Wolpert, Льюис (2015). Принципы развития (5-е изд.). С. 520–524. ISBN 978-0-19-967814-3.
  24. Fletcher TL, Banker GA (декабрь 1989 г.). «Установление полярности нейронами гиппокампа: взаимосвязь между стадией развития клетки in situ и ее последующим развитием в культуре». Биология развития . 136 (2): 446–54. DOI : 10.1016 / 0012-1606 (89) 90269-8 . PMID 2583372 . 
  25. Jiang H, Rao Y (май 2005 г.). «Формирование аксона: судьба против роста». Природа Неврологии . 8 (5): 544–6. DOI : 10.1038 / nn0505-544 . PMID 15856056 . S2CID 27728967 .  
  26. ^ Goslin K, G Banker (апрель 1989). «Экспериментальные наблюдения за развитием полярности нейронов гиппокампа в культуре» . Журнал клеточной биологии . 108 (4): 1507–16. DOI : 10,1083 / jcb.108.4.1507 . PMC 2115496 . PMID 2925793 .  
  27. ^ Ламуре P, Ruthel G, Баксбом RE, Heidemann SR (ноябрь 2002). «Механическое напряжение может определять судьбу аксонов в нейронах гиппокампа» . Журнал клеточной биологии . 159 (3): 499–508. DOI : 10,1083 / jcb.200207174 . PMC 2173080 . PMID 12417580 .  
  28. ^ а б Аримура Н., Кайбути К. (март 2007 г.). «Полярность нейронов: от внеклеточных сигналов к внутриклеточным механизмам». Обзоры природы. Неврология . 8 (3): 194–205. DOI : 10.1038 / nrn2056 . PMID 17311006 . S2CID 15556921 .  
  29. ^ Нейроглия и новаторские нейроны экспрессируют UNC-6, чтобы обеспечить глобальные и локальные сетевые сигналы для управления миграциями C. elegans
  30. Перейти ↑ Serafini T, Kennedy TE, Galko MJ, Mirzayan C, Jessell TM, Tessier-Lavigne M (август 1994). «Нетрины определяют семейство белков, способствующих отрастанию аксонов, гомологичных C. elegans UNC-6». Cell . 78 (3): 409–24. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90420-0 . PMID 8062384 . S2CID 22666205 .  
  31. ^ Hong K, L Hinck, Nishiyama M, Poo М.М., Tessier-Lavigne M, Stein E (июнь 1999). «Управляемая лигандом ассоциация между цитоплазматическими доменами рецепторов семейства UNC5 и DCC превращает индуцированное нетрином притяжение конуса роста в отталкивание». Cell . 97 (7): 927–41. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80804-1 . PMID 10399920 . S2CID 18043414 .  
  32. ^ Hedgecock Е.М., Culotti JG, зал DH (январь 1990). «Гены unc-5, unc-6 и unc-40 управляют круговыми миграциями первичных аксонов и мезодермальных клеток по эпидермису C. elegans». Нейрон . 4 (1): 61–85. DOI : 10.1016 / 0896-6273 (90) 90444-K . PMID 2310575 . S2CID 23974242 .  
  33. ^ Хуан EJ, Reichardt LF (2003). «Рецепторы Trk: роли в передаче сигнала нейронов». Ежегодный обзор биохимии . 72 : 609–42. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161629 . PMID 12676795 . S2CID 10217268 .  
  34. ^ а б Да Силва Дж. С., Хасэгава Т., Мияги Т., Дотти К. Г., Абад-Родригес Дж. (май 2005 г.). «Активность асимметричной мембранной ганглиозидной сиалидазы определяет судьбу аксонов». Природа Неврологии . 8 (5): 606–15. DOI : 10.1038 / nn1442 . PMID 15834419 . S2CID 25227765 .  
  35. ^ Брадка F, Дотти CG (март 1999). «Роль локальной нестабильности актина в формировании аксонов». Наука . 283 (5409): 1931–4. Bibcode : 1999Sci ... 283.1931B . DOI : 10.1126 / science.283.5409.1931 . PMID 10082468 . 
  36. ^ Ферли AJ, Мортон С. Б., Манало D, D Karagogeos, Додд Дж, Джесселл ТМ (апрель 1990 г.). «Аксональный гликопротеин TAG-1 является членом суперсемейства иммуноглобулинов с активностью, способствующей росту нейритов». Cell . 61 (1): 157–70. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (90) 90223-2 . PMID 2317872 . S2CID 28813676 .  
  37. ^ Альбертс, Брюс (2015). Молекулярная биология клетки (Шестое изд.). п. 947. ISBN 9780815344643.
  38. Перейти ↑ Kunik D, Dion C, Ozaki T, Levin LA, Costantino S (2011). «Лазерная пересечение одного аксона для исследований повреждения и регенерации аксонов с высоким содержанием аксонов» . PLOS ONE . 6 (11): e26832. Bibcode : 2011PLoSO ... 626832K . DOI : 10.1371 / journal.pone.0026832 . PMC 3206876 . PMID 22073205 .  
  39. Перейти ↑ Schwab ME (февраль 2004 г.). «Регенерация ног и аксонов». Текущее мнение в нейробиологии . 14 (1): 118–24. DOI : 10.1016 / j.conb.2004.01.004 . PMID 15018947 . S2CID 9672315 .  
  40. ^ Gensel JC, Накамура S, Гуань Z, ван Роойен N, Анкени DP, Попович PG (март 2009). «Макрофаги способствуют регенерации аксонов с одновременной нейротоксичностью» . Журнал неврологии . 29 (12): 3956–68. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3992-08.2009 . PMC 2693768 . PMID 19321792 .  
  41. ^ Myers К.А., Баас PW (сентябрь 2007). «Кинезин-5 регулирует рост аксона, действуя как тормоз на его массив микротрубочек» . Журнал клеточной биологии . 178 (6): 1081–91. DOI : 10,1083 / jcb.200702074 . PMC 2064629 . PMID 17846176 .  
  42. ^ Rishal я, Кам N, Перри РБ, Шиндер В, Фишер Е.М., Скьяво G, Fainzilber М (июнь 2012). «Механизм с приводом от двигателя для измерения длины клетки» . Отчеты по ячейкам . 1 (6): 608–16. DOI : 10.1016 / j.celrep.2012.05.013 . PMC 3389498 . PMID 22773964 .  
  43. ^ Karamched BR, Bressloff PC (май 2015). «Модель отсроченной обратной связи измерения длины аксонов» . Биофизический журнал . 108 (9): 2408–19. Bibcode : 2015BpJ ... 108.2408K . DOI : 10.1016 / j.bpj.2015.03.055 . PMC 4423051 . PMID 25954897 .  
  44. ^ Bressloff PC, Karamched BR (2015). «Механизм частотно-зависимого декодирования для определения длины аксона» . Границы клеточной неврологии . 9 : 281. DOI : 10,3389 / fncel.2015.00281 . PMC 4508512 . PMID 26257607 .  
  45. ^ Folz F, Wettmann L, Morigi G, Kruse K (май 2019). «Звук роста аксона». Physical Review E . 99 (5–1): 050401. arXiv : 1807.04799 . Bibcode : 2019PhRvE..99e0401F . DOI : 10.1103 / PhysRevE.99.050401 . PMID 31212501 . 
  46. Перейти ↑ Andrew BL, Part NJ (апрель 1972 г.). «Свойства быстрых и медленных двигательных единиц в мышцах задних конечностей и хвоста крысы» . Ежеквартальный журнал экспериментальной физиологии и когнитивных медицинских наук . 57 (2): 213–25. DOI : 10.1113 / expphysiol.1972.sp002151 . PMID 4482075 . 
  47. ^ Russell NJ (январь 1980). «Скорость аксональной проводимости изменяется после тенотомии мышц или деафферентации во время развития у крысы» . Журнал физиологии . 298 : 347–60. DOI : 10.1113 / jphysiol.1980.sp013085 . PMC 1279120 . PMID 7359413 .  
  48. ^ Покок G, Ричардс CD и др. (2004). Физиология человека (2-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. С. 187–189. ISBN 978-0-19-858527-5.
  49. ^ Dawodu ST (16 августа 2017). «Травматическое повреждение головного мозга (ЧМТ) - определение, эпидемиология, патофизиология» . Medscape . Архивировано 12 июня 2018 года . Проверено 14 июля 2018 года .
  50. Trauma and Wallerian Degeneration. Архивировано 2 мая 2006 г. в Wayback Machine , Калифорнийский университет, Сан-Франциско.
  51. Перейти ↑ Coleman MP, Freeman MR (1 июня 2010 г.). «Валлеровское вырождение, мир (ы) и сущность» . Ежегодный обзор нейробиологии . 33 (1): 245–67. DOI : 10.1146 / annurev-neuro-060909-153248 . PMC 5223592 . PMID 20345246 .  
  52. ^ Джилли J, Coleman MP (январь 2010). «Эндогенный Nmnat2 является важным фактором выживания для поддержания здоровья аксонов» . PLOS Биология . 8 (1): e1000300. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1000300 . PMC 2811159 . PMID 20126265 .  
  53. ^ Кремер-Альберс Е.М., Герига-Бургер К, Тиле С, Троттер Дж, Ступица К.А. (ноябрь 2006 года). «Нарушенные взаимодействия мутантного протеолипидного белка / DM20 с холестерином и липидными рафтами в олигодендроглии: последствия для дисмиелинизации при спастической параплегии» . Журнал неврологии . 26 (45): 11743–52. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3581-06.2006 . PMC 6674790 . PMID 17093095 .  
  54. ^ Matalon R, Michals-Matalon K, Сурендран S, Tyring SK (2006). «Болезнь Канавана: исследования на мышах-нокаутах». N-ацетиласпартат . Adv. Exp. Med. Биол . Успехи экспериментальной медицины и биологии. 576 . С. 77–93, обсуждение 361–3. DOI : 10.1007 / 0-387-30172-0_6 . ISBN 978-0-387-30171-6. PMID  16802706 . S2CID  44405442 .
  55. ^ Ткачев D, Mimmack ML, Хаффакер SJ, Ryan M, S Bahn (август 2007). «Дополнительные доказательства измененного биосинтеза миелина и глутаматергической дисфункции при шизофрении» . Международный журнал нейропсихофармакологии . 10 (4): 557–63. DOI : 10.1017 / S1461145706007334 . PMID 17291371 . 
  56. ^ «Травма головного мозга, травматическая» . Медциклопедия . GE . Архивировано из оригинального 26 мая 2011 года.
  57. ^ Райт DK, Брэди RD, Kamnaksh A, Trezise J, Sun M, McDonald SJ, и др. (Октябрь 2019 г.). «Повторные легкие черепно-мозговые травмы вызывают стойкие изменения белков плазмы и биомаркеров магнитно-резонансной томографии у крыс» . Научные отчеты . 9 (1): 14626. DOI : 10.1038 / s41598-019-51267-ш . PMC 6787341 . PMID 31602002 .  
  58. Finger S (1994). Истоки нейробиологии: история исследований функций мозга . Издательство Оксфордского университета. п. 47. ISBN 9780195146943. OCLC  27151391 . Келликер дал название аксону в 1896 году.
  59. Grant G (декабрь 2006 г.). «Нобелевские премии 1932 и 1944 годов по физиологии и медицине: награды за новаторские исследования в области нейрофизиологии». Журнал истории неврологии . 15 (4): 341–57. DOI : 10.1080 / 09647040600638981 . PMID 16997762 . S2CID 37676544 .  
  60. ^ Hellier, Дженнифер Л. (16 декабря 2014). Мозг, нервная система и их болезни [3 тома] . ABC-CLIO. ISBN 9781610693387. Архивировано 14 марта 2018 года.
  61. Сюй К., Теракава С. (июль 1996 г.). «Фенестрация в миелиновой оболочке нервных волокон креветки: новый узел возбуждения для скачкообразной проводимости». Журнал нейробиологии . 30 (3): 397–409. DOI : 10.1002 / (SICI) 1097-4695 (199607) 30: 3 <397 :: AID-NEU8> 3.0.CO; 2- # . PMID 8807532 . 
  62. ^ Salzer JL, Zalc B (октябрь 2016). «Миелинизация» . Текущая биология . 26 (20): R971 – R975. DOI : 10.1016 / j.cub.2016.07.074 . PMID 27780071 . 
  63. ^ а б Хёффлин Ф., Джек А., Ридель С., Мак-Бухер Дж., Роос Дж., Корчелли С. и др. (2017). «Неоднородность начального сегмента аксона в интернейронах и пирамидных клетках зрительной коры грызунов» . Границы клеточной неврологии . 11 : 332. DOI : 10,3389 / fncel.2017.00332 . PMC 5684645 . PMID 29170630 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Гистологическое изображение: 3_09 в Центре медицинских наук Университета Оклахомы - "Слайд 3 Спинной мозг "