Термин «глия» был предложен в 1846 году Р.Вирховым, описавшим особые клетки мозга, которые, по его представлению, заполняя практически всё свободное от нейронов пространство спинного и головного мозга «нервным клеем», скрепляют нейроны и создают целостную форму мозга. Таким образом, Р.Вирхов определил роль глии как опорную для нервной системы. Спустя почти 40 лет известный невролог Гольджи высказал предположение, что нейроглия обеспечивает доставку к нейронам питательных веществ и участвует в процессах регенерации в нервной системе. Было обращено внимание на то обстоятельство, что глиальные клетки зачастую служат основой для образования опухолей в головном мозге, отсюда возникший интерес к ней патоморфологов, патофизиологов и клиницистов.
Интенсивное изучение глии привело к выявлению разных видов глиальных клеток, расширению и уточнению функций глиальной системы (Дейтерс, Гольджи, Рамон-и-Кахаль, Hortega). Особые успехи в изучении глии связаны с развитием элетронномикроскопической и микроэлектродной техники, в том числе внутриклеточных и пэтч-клемп методик, микрохимических методов с использование флуоресцентных маркеров. Сформировалось устойчивое представление о нервной ткани как нейроглиальной системе, в рамках которой постулируется возможность осуществления нервных функций только с участием глиальной составляющей. Сегодня общепризнанными являются следующие функции нейроглии: 1 - опорная, 2- изолирующая, 3 - участие в регенерационных процессах в нервной системе, 4 - питательная и обменная, 5 - участие в процессах онтогенетического развития нервной системы, модификации синапсов, организации следов памяти.
1. Морфология глиальных клеток
1.1 Астроциты
Эти глиальные клетки имеют нейроэктодермальное происхождение и созревают из клеток-предшественников - глиобластов внутренних слоев нервной трубки. Астроциты представляют собой многоотросчатые ядерные клетки звездчатой или веретенообразной формы размером 8-25 мкм. Ядра клеток крупные, овальной формы, содержат небольшие хроматиновые зёрна. Ядрышки обычно слабо выражены. От тела клетки отходят отростки, распространяющиеся во всех направлениях. Отростки, контактирующие с базальной мембраной рядом лежащих капилляров называются сосудистыми ножками (рис.3). Контактирующие между собой отростки астроцитов формируют на поверхности коры больших полушарий тонкий слой - наружную глиальную пограничную мембрану. Тела астроцитов имеют неровный контур, повторяя очертания расположенных рядом нейронов и их отростков. В цитоплазме и отростках некоторых астроцитов при электронной микроскопии обнаруживаются особые внутриклеточные элементы - фибриллы толщиной 8-9 нм, количество которых в отростках уменьшается по мере удаления их от тела клетки. В цитоплазме и отростках (особенно в сосудистых ножках) находят зерна гликогена, количество которых может широко варьировать. Отростки астроцитов обильно ветвятся в нейропиле, устанавливая многочисленные контакты с телами нейронов, аксонами и их разветвлениями, дендритами и их окончаниями и, как уже указывалось, с базальной мембраной капилляров.
Среди астроцитов различают две группы - фиброзные (волокнистые) и протоплазматические. Отличие их заключается в наличии у первых мощных пучков глиофибрилл, занимающих значительную часть цитоплазмы, в размерах и распространенности в пределах центральной нервной системы. Так, протоплазматические астроциты имеют, как правило, больший размер, чем фиброзные (15-25 мкм). Однако, как указывают многие авторы, зачастую бывает трудно их дифференцировать, поскольку между ними имеются переходные формы. В сером веществе спинного и головного мозга находят преимущественно протоплазматические астроциты. Они окружают нейроны, контактируя с сомой и дендритами, особенно в области синаптических контактов. Фиброзные астроциты концентрируются в белом веществе. Представляет определённый интерес характер распределения астроцитов в коре больших полушарий. В первом слое расположены преимущественно фиброзные (волокнистые), клетки, во втором и третьем слоях - преимущественно протоплазматические, а в четвёртом и более глубоких слоях их сменяют переходные формы и волокнистые астроциты, при этом в шестом слое коры находят только волокнистые, продолжающиеся в белое вещество (И.С.Беритов, 1969). Астроциты составляют около 40 % объема серого вещества мозга, представляя в разных структурах центральной нервной системы около 50 % всех клеток нейроглии.
1.2 Олигодендроциты
Эти глиальные клетки имеют, как и астроциты, нейроэктодермальное происхождение. Они представляют собой небольшие по размеру (7-10 мкм) округлые клетки с небольшим количеством (до 3-5) тонких коротких отростков. Последнее обстоятельство и послужило основанием для наименования этих клеток (олиго - малый). Олигодендроциты в сером веществе мозга располагаются вокруг крупных нейронов (перинейрональные, клетки-сателлиты), вокруг миелиновых волокон, кровеносных сосудов (периваскулярные). В белом веществе их чаще находят тянущимися цепочкой среди пучков нервных волокон (интерфасцикулярные). Одним из отличительных признаков олигодендроцитов по сравнению с астроцитами является наличие в их цитоплазме и отростках микротрубочек диаметром 20-25 нм, расположенных пучками в отростках и бессистемно в цитоплазме. Кроме того, в олигодендроцитах не находят гранул гликогена, что характерно для астроцитов. Ядра клеток крупные, часто расположены эксцентрически, изредка встречаются небольшие, мало отграниченные ядрышки. Цитоплазма часто образует лишь узкую полоску вокруг ядра, содержит многочисленные рибосомы и митохондрии, включения холестерина. Группа олигодендроцитов неоднородна. В частности, по степени электронной плотности цитоплазмы выделяется три разновидности клеток - светлые, менее осмиефильные и насыщено осмиефильные. По форме тел и отростков Hortega - один из основоположников учения о глии предлагал различать 4 типа олигодендроцитов, один из которых - шванновидный, похожий на шванновскую клетку в периферической нервной системе, являющейся, по-видимому переходной формой. В коре больших полушарий олигодендроциты распределны таким образом, что их количество нарастает от поверхности к глубоким слоям, образуя группы по 4-6 клеток. В центральной нервной системе именно олигодендроциты образуют миелиновый футляр для нервных волокон.
1.3 Шванновские клетки
При изучении структуры нервных волокон Т.Шванном были описаны клетки, отнесенные к глиальнм элементам периферической нервной системы. Они имеют нейроэктодермальное происхождение и формируются так же, как и структуры периферической нервной системы, в области гребешка - образования, расположенного в месте схождения нервных валиков на стадии нейруляции. В опытах с культурой чувствительных ганглиев показано, что шванновские клетки на начальном этапе созревания представляют собой небольшие веретенообразные клетки, обладающие способностью к активному движению за счет псевдоподий. Они перемещаются вдоль растущего аксона, прикрепляясь к нему - начинается процесс миелинизации. В результате этого изменяется геометрия шванновской клетки, она вытягивается, протоплазма и ядро смещаются к периферии. Описание процесса миелинизации периферических волокон дано в разделе 2.
1.4 Микроглия
Микроглиоциты - клетки мезенхимального происхождения впервые были подробно изучены Hortega в 30-х годах ХХ века и часто называются его именем. Микроглия эмбрионально связана с мягкими мозговыми оболочками и сосудами и, «по-видимому, без капилляров и нейронов не существует» (А.Л.Микеладзе, Э.И.Дзамоева, 1965). На ранней стадии развития микроглиоциты относят к блуждающим клеткам. Они мигрируют вдоль нервных волокон и кровеносных сосудов. Вначале микроглиоциты имеют округлую форму, в период миграции выпускают псевдоподии, а по окончании рассеивания в нервной системе приобретают вид многоотросчатых (мохнатых) клеток (рис.1).
Рис.1 Микроглия различных участков ЦНС обезьяны. (по Микеладзе и Дзамоевой, 1965).
- затылочная кора
- верхние бугры четверохолмия
3, 4, 5, 8 - спинной мозг
6. -ядро Эдингер-Вестфаля
- гипоталамус (вентролатеральное ядро)
9. - центральное серое вещество
10 - зрительный бугор
Форма тела зрелых клеток разнообразна - треугольная, веретенообразная, шаровидная. От тела клетки отходят 2-5 отростков, которые обильно ветвятся и имеют многочисленные мелкие выросты - шипики, количество последних увеличивается по мере удаления от клеточного тела. Несмотря на название, тела микроглиоцитов могут достигать у человека размера 50-70 мкм (в коре головного мозга). Размеры клеток в разных структурах головного мозга существенно разнятся. Так, в коре мозга наряду с крупными клетками нижних слоёв, находят мелкие (размером 5-10 мкм) микроглиоциты в поверхностных слоях. Самые мелкие из них располагаются в молекулярном слое. В толще коры микроглиоциты распределены неравномерно - наибольшее их количество описано в средних (4 и 5) слоях. Обнаружено различие в распространённости клеток микроглии в пределах зрительной и моторной коры. В подкорковых ядрах структура микроглицитов упрощена. Здесь клетки меньше в объёме и не имеют выраженного разветвления отростков. То же самое можно наблюдать в вегетативных ганглиях, варолиевом мосту, спинном мозге и других структурах. Микроглиоциты, как правило. расположены рассеянно в пределах нервной ткани, однако часто они плотно окружают мелкие сосуды и капилляры, могут выступать как клетки-сателлиты вокруг крупных пирамидных нейронов. Особенностью топографического расположения микроглиоцитов является их изолированное положение - отростки клеток не пересекаются и не анастомозируют: каждая клетка занимает свою «ячейку», контактируя с соседними нервными, глиальными клетками и кровеносными сосудами.
В функциональном отношении микроглия является представителем ретикуло-эндотелиальной системы с вытекающими из этого функциями фагоцитоза, участия в организации иммунных ответов в ЦНС. Микроглиоциты весьма чувствительны к повреждающим воздействиям, проявляя активную пролиферацию в месте повреждения, часто образуя конгломераты, так называемые «зернистые шары».
2. Миелинизация
Аксоны и некоторые дендриты нейронов зрелой нервной системы, начиная от аксонного холмика до конечных ветвлений покрыты футляром из нейроглиальных элементов. В большинстве случаев они формируют миелиновую оболочку (центральная нервная система и периферические соматические нервы). Постганглионарные вегетативные волокна также покрыты футляром из глиальных клеток, без образования миелина. Отсюда разделение волокон на миелинизированные (мякотные) и немиелинизированные (безмякотные). Миелиновая оболочка формируется в разных отделах нервной системы из разных клеток нейроглии. Так, в центральной нервной системе это олигодендроциты, а в периферической - шванновские клетки. Глиальный футляр теряется только лишь в конечных участках разветвлений аксонов - в области пресинаптических окончаний. Длина таких обнаженных (голых) участков аксона не превышает 20-30 мкм, чаше всего это лишь несколько мкм. Как известно, наличие миелиновой оболочки нервного волокна обеспечивает особый характер распространения по нему нервного импульса - сальтаторность, большую скорость распространения, отсутствие затухания процесса распространения возбуждении по длине волокна.
2.1 Миелинизация периферических нервных волокон
В процессе роста периферических нервов, их навигации и достижения клеток-мишений вслед за удлиняющимся аксоном мигрируют шванновские клетки. Последние, следуя за растущим аксоном, удлиняются и активно делятся. С началом миелинизации шванновские клетки активируются, их цитоплазма резко гипертрофируется, в ней появляются зернистые включения, содержащие фосфолипиды. На начальном этапе пролифирирующие шванновские клетки располагаются тяжами вокруг пучков нервных волокон. В последующем глиальные клетки проникают внутрь пучков, разделяя их, и по завершению процесса миелинизации каждое нервное волокно оказывается окруженным глиальным футляром. Очень редко шванновская клетка может окружать два и более отдельных волокна.
Процесс образования миелиновой оболочки хорошо изучен в культуре нервной ткани путем прижизненной световой и электронной микроскопии и состоит в следующем. В процессе развития аксон погружается в желобок на поверхности шванновской клетки. Далее края желобка смыкаются, при этом образуется двойная складка плазмолеммы - мезаксон. Мезаксон удлиняется, спирально вращается вокруг нервного волокна, образуя всё новые и новые витки - ламеллы. Формируется рыхлая миелиновая оболочка. Одновременно с образованием мезаксона по спирали вращается и шванновская клетка с ядром. По мере созревания миелина цитоплазма, находящаяся между слоями мезаксона вытесняется, так что по окончании процесса миелинизации она остаётся лишь на внутренней и наружной поверхности миелиновой оболочки. Ядро при этом оказывается в наружном пространстве цитоплазмы миелиновой оболочки. В цитоплазме сохраняется полный набор клеточных органелл. Миелиновая оболочка составляет около 20-40 % общего диаметра миелинизированного волокна.
Рис.2. Миелин и перехваты Ранвье. Справа - поперечный срез через аксон, покрытый миелином. Отросток астроцита контактирует с аксоном в области перехвата ( из Куффлер, Николс «От нейрона к мозгу», 1979)
Миелинизации подвергаются аксоны диаметром не менее 2 мкм, при этом обнаружено, что чем толще аксон, тем больше оборотов вокруг него делает лемноцит и, следовательно, миелиновая оболочка его состоит из большего числа ламелл. В частности, Фрайдом показано, что в блуждающем и седалищном нервах мыши вокруг наиболее тонких волокон бывает 5 ламелл, а вокруг самых толстых - до 100. Одна шванновская клетка образует миелиновый футляр вокруг нервного волокна протяженностью от нескольких сотен мкм до 1- 1,5 мм. По всей длине миелинизированного волокна на равном расстоянии друг от друга встречаются участки, лишенные миелина - перехваты Ранвье (рис.2). Участки миелина между соседними перехватами получили название межузловых сегментов. Количество межузловых сегментов, формирующихся в процессе миелинизации волокна, остаётся постоянным и не изменяется в течение жизни. Нервное волокно продолжает расти в длину и после завершения миелинизации, поэтому длина межузловых сегментом увеличивается, при этом их количество остается неизменным. Миелиновая оболочка межузловых сегментов прерывается некоторым количеством косых щелей, получивших название «насечки миелина». Эти щели пронизывают всю толщу миелиновой оболочки и имеют диаметр 5-20 нм. Они образуют, таким образом, канал между внутренним и наружным пространством цитоплазмы лемноцита. Вокруг наиболее тонких нервных волокон (диаметром менее 2 мкм) миелиновая оболочка не формируется, здесь шванновские клетки тесно окружают волокно, образуя однослойный изолирующий глиальный футляр.
2.2 Миелинизация в центральной нервной системе
Миелиновая оболочка нервных волокон в центральной нервной системе образуется отростками олигодендроцитов. Как правило, миелиновыми оболочками покрыты аксоны, иногда обнаруживаются миелинизированные дендриты и, как редкое исключение - клеточные тела. Отростки олигодендроцитов, окружая нервные волокна, образуют мезаксон, который вращается вокруг них, образуя ламеллы. Мезаксон имеет пятислойную структуру: белок-липид-белок-липид-белок. Эта структура, многократно закручиваясь вокруг аксона, конденсируется в компактную миелиновую оболочку. На электронных микрофотографиях миелин представляет собой серию чередующихся липидных и белковых слоёв, число которых может достигать у крупных аксонов 100 и более. Сплав цитоплазматических поверхностей мембраны олигодендроцита образует темную линию (главный период), а сплав экстраклеточных поверхностей - половинный или промежуточный период (более светлая линия). Повторяющийся период миелина определяется толщиной составляющего его липидного бислоя, расположенного между двумя белковыми слоями. Из всех биологических мембран миелин имеет самое низкое содержание воды и самое высокое отношение липидов к белку. Здесь белки составляют 15-30 %, а липиды - 70-85 % сухой массы. Липиды и белки миелина обладают высокой гидрофобностью, что определяет свойство миелина как электроизолятора.