Перехваты Ранвье

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Перехваты Ранвье — периодические разрывы в изолирующих миелиновых оболочках миелинизированных аксонов в местах аксональных мембран, подвергаемых воздействию внеклеточного пространства. Перехваты Ранвье не изолированы и очень богаты ионными каналами, что позволяет им принимать участие в обмене ионов, необходимых для восстановления потенциала действия. Нервная проводимость в миелинизированных аксонов называется сальтаторной проводимостью (от лат. saltare — прыгать, скакать) из-за того, что потенциал действия «перескакивает» от одного узла к другому по всей длине аксона.

Общая информация[править | править код]

Многие аксоны позвоночных окружены миелиновой оболочкой, способствующей быстрому и эффективному сальтаторному («скачкообразному») распространению потенциалов действия. Контакты между нейронами и нейроглиями проявляют очень высокий уровень пространственной и временной организации в миелинизированных волокнах. Миелинизирующие клетки нейроглий; олигодендроциты в центральной нервной системе (ЦНС) и Шванновские клетки в периферической нервной системе (ПНС), обернуты вокруг аксона, оставляя аксолемму относительно незакрытой на равномерно расположенных перехватах Ранвье. Эти междуузловые глиальные мембраны сливаются для образования компактного миелина, в то время как заполненные цитоплазмой параузловые петли миелинизирующих клеток спирально закручены вокруг аксона на обеих сторонах узлов. Такой способ организации требует жесткого контроля развития и формирования различных специализированных зон контакта между различными областями мембраны миелинизирующих клеток. Каждый узел Ранвье окружён межузловыми областями, в то время как скрученные глиальные петли прикреплены к мембране аксонов с помощью разделённых перегородками соединений.

Отрезок между перехватами Ранвье называют междоузлием, а его внешнюю часть, контактирующую с параузлами, называют областью соприкосновения параузлов. Узлы инкапсулируются микроворсинками, растущими из внешней стороны мембраны Шванновской клетки в ПНС, либо периузловыми расширениями астроцитов в ЦНС.

История[править | править код]

Луи-Антуан Ранвье (1835—1922)

Миелиновая оболочка длинных нервов была открыта и названа немецким патологоанатомом Рудольфом Вирховым[1] в 1854 году[2]. Французский патолог и анатом Ранвье позже обнаружил перехваты, или разрывы, в миелиновой оболочке, которые были названы его именем. Ранвье родился в Лионе, и был одним из самых выдающихся гистологов конца 19 века. В 1867 году он отказался от патологических исследований и стал помощником физиолога Клода Бернара. Он также был заведующим кафедрой общей анатомии в Коллеж де Франс в 1875 году.

Его совершенные гистологические техники и исследования как на поврежденных, так и на нормальных нервных волокнах стали всемирно известными. Его наблюдения за узлами волокон, а также дегенерацией и регенерацией срезанных волокон, оказали большое влияние на неврологов в Сальпетриере. Вскоре после этого, он обнаружил разрывы в оболочках нервных волокон, которые впоследствии были названы перехватами Ранвье. Это открытие позже привело Ранвье к тщательному гистологическому исследованию миелиновых оболочек и шванновских клеток.[3]

Структурный и молекулярный состав[править | править код]

Структура[править | править код]

Междоузлия, то есть сегменты миелина и промежутки между ними, называют узлами. Размер и расстояние междоузлий изменяется в зависимости от диаметра волокна в нелинейной зависимости, оптимальной для максимальной скорости передачи.[4] Узлы имеют размер от 1-2 мкм в то время как размер междоузлий может достигать (а иногда даже превышать) длину в 1,5 миллиметра в зависимости от диаметра аксона и типа волокна.

Структура узла и окружающие параузловые области отличаются от междоузлий, находящихся под оболочкой из компактного миелина, но сходны в ЦНС и ПНС. Аксон подвергается воздействию внеклеточной среды в узле и сжимается в диаметре. Уменьшение размера аксона отражает более высокую плотность упаковки нейрофиламентов в этой области, которые менее фосфорилируются и транспортируются медленнее.[4] Везикулы и другие органеллы также увеличиваются в узлах, что предполагает, что существует узкое место аксонального транспорта в обоих направлениях, а также местной аксоно-глиальной передачи сигналов.

Когда продольный разрез в узле производится через миелинизируемую Шванновскую клетку, можно заметить три отдельных сегмента: стереотипное междоузлие, параузловая область, а так же сам узел. В межузловой области Шванновская клетка имеет внешний воротник из цитоплазмы, оболочку из компактного миелина, внутренний воротник из цитоплазмы и аксолемму. В параузловых областях витки параузловой цитоплазмы касаются утолщений аксолеммы с образованием разделённых перегородками соединений. Непосредственно в узле аксолемма соприкасается с несколькими микроворсиноками Шванновских клеток и содержит плотный цитоскелетный подслой.

Структурные различия перехватов ЦНС и ПНС[править | править код]

Хотя исследования разрушения замораживанием показали, что узловая аксолемма как в ЦНС и ПНС богата внутримембранными частицами (ВМЧ) по сравнению с междоузлиями, есть некоторые структурные различия, касающиеся их клеточных составляющих.[4] В ПНС специализированные микроворсинки выступают из наружной манжеты Шванновских клеток и очень близко подходят к узловой аксолемме крупных волокон. Проекции Шванновских клеток расположены перпендикулярно узлу и расходятся из центральных аксонов. Тем не менее, в ЦНС, один или более процессов в астроцитах происходят в непосредственной близости от узлов. Исследователи заявляют, что эти процессы происходят от многофункциональных астроцитов, а не от совокупности астроцитов, направленных на контактирование с узлом. С другой стороны, в ПНС базальная пластинка, которая окружает шванновские клетки, непрерывна по всему узлу.

Состав[править | править код]

Узлы Ранвье содержат ионные Na+/K+ АТФазы, обменники Na+/Ca2+ и большое количество потенциалозависимых каналов Na+, которые генерируют потенциалы действия. Натриевые каналы состоят из порообразующей α-субъединицы и двух вспомогательных β-субъединиц, прикрепляющих каналы к внеклеточным и внутриклеточным компонентам. Узлы Ранвье в центральной и периферической нервной системе в основном состоят из αNaV1.6- и β1- субъединиц.[5] β-субъединицы внеклеточной области может связываться с собой и другими белками, такими как тенасцин R и молекулы клеточной адгезии нейрофасцина и контактина. Контактин также присутствует в узлах в ЦНС и взаимодействие с этой молекулой повышает поверхностное выражение натриевых каналов.

Было обнаружено, что анкирин связан с βIV-спектринами — изоформами спектрина, в больших количествах содержащихся в узлах Ранвье и начальных сегментах аксонов.

Молекулярная структура[править | править код]

Молекулярное строение узлов основывается на их функции в распространении импульса. Количество натриевых каналов в узле по отношению к междоузлию предполагает, что количество ВМЧ соответствует количеству натриевых каналов. Калиевые каналы, по сути, отсутствуют в узловой аксолемме, в то время как они имеют высокую концентрацию в параузловой аксолемме и мембранах Шванновских клеток узла.[4] Точная функция калиевых каналов не совсем выявлена, но известно, что они могут способствовать быстрой реполяризации потенциалов действия или играть жизненно важную роль в буферизацию ионов калия в узлах. Это очень неравномерное распределение потенциалозависимых натриевых и калиевых каналов поразительно контрастирует с их диффузным распределением в немиелинизированных волокнах.[4][6]

Нитчатые сеть смежно к узловой мембраны содержит цитоскелета белки, называемые спектринового и анкириновых. Филаментная сеть, прилегающая к узловой мембране, содержит белки цитоскелета, называемые спектрин и аникрин. Высокая плотность анкирина в узлах может быть функционально значимой, так как некоторые из белков, находящихся в узлах, имеют способность связываться с анкирином с чрезвычайно высоким сродством. Все эти белки, включая анкирин, в больших количествах содержатся в начальном сегменте аксона, что предполагает функциональную связь. Отношение этих молекулярных компонентов к скоплениям натриевых каналов в узлах до сих пор не известно. Хотя некоторые молекулы клеточной адгезии, как сообщается, присутствуют в узлах непоследовательно; тем не менее, множество других молекул, как известно, сосредоточено в глиальных мембранах параузловых областей, где они вносят вклад в его организацию и структурную целостность.

Развитие[править | править код]

Миелинизация нервных волокон[править | править код]

Сложные изменения, которые претерпевает шванновская клетка в процессе миелинизации периферических нервных волокон, были обнаружены и изучены многими учеными. Начальное развитие аксона происходит без перерыва вдоль всей протяженности шванновской клетки. Этот процесс секвенируют клубящейся поверхности Шванновских клеток таким образом, что на сложенной поверхности клеток из противоположных граней образуется двойная мембрана. Эта мембрана растягивается и спирально закручивается снова и снова по мере продолжения сворачивания поверхности клеток. В результате легко убедиться в увеличении толщины расширения миелиновой оболочки и ее диаметра поперечного сечения. Также очевидно, что каждый из последовательных витков спирали увеличивается в размерах по длине аксона по мере увеличения числа витков. Тем не менее, не ясно, является ли увеличение длины миелиновой оболочки может являться результатом исключительно увеличения протяженности аксона, охватываемой каждым последующим витком спирали, как описано выше. На стыке двух шванновских клеток вдоль аксона, направления пластинчатых навесов миелиновых окончаний имеют другой смысл.[7] Это соединение, прилегающее к шванновским клеткам, представляет собой область, именуемую узлом Ранвье.

Регулирование формирования[править | править код]

Функции[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Whonamedit - dictionary of medical eponyms. www.whonamedit.com. Проверено 16 августа 2016.
  2. Rud Virchow. Ueber das ausgebreitete Vorkommen einer dem Nervenmark analogen Substanz in den thierischen Geweben (нем.) // Archiv für pathologische Anatomie und Physiologie und für klinische Medicin. — Bd. 6, H. 4. — S. 562–572. — ISSN 1432-2307 0720-8723, 1432-2307. — DOI:10.1007/BF02116709.
  3. Barbara J.G. "Les étranglements annulaires de Louis Ranvier (1871)".
  4. 1 2 3 4 5 James L Salzer. Clustering Sodium Channels at the Node of Ranvier: Close Encounters of the Axon–Glia Kind // Neuron. — Т. 18, вып. 6. — С. 843–846. — DOI:10.1016/s0896-6273(00)80323-2.
  5. Miriam R Kaplan, Min-Hee Cho, Erik M Ullian, Lori L Isom, S.Rock Levinson. Differential Control of Clustering of the Sodium Channels Nav1.2 and Nav1.6 at Developing CNS Nodes of Ranvier // Neuron. — Т. 30, вып. 1. — С. 105–119. — DOI:10.1016/s0896-6273(01)00266-5.
  6. Black, J.A., Sontheimer, H., Oh, Y., and Waxman, S.G. In The Axon / S. Waxman, J. Kocsis, and P. Stys, eds. — Oxford University Press, New York, 1995. — С. 116-143.
  7. Betty Geren Uzman, Genevieve Nogueira-Graf. Electron Microscope Studies of the Formation of Nodes of Ranvier in Mouse Sciatic Nerves (англ.) // The Journal of Cell Biology. — 1957-07-25. — Vol. 3, iss. 4. — P. 589–598. — ISSN 1540-8140 0021-9525, 1540-8140. — DOI:10.1083/jcb.3.4.589.