Структурно-функціональна організація нервової системи і її роль в зубного болю

Щоб зрозуміти, в чому полягають функції мозку, потрібно чітко усвідомити, з яких одиниць складається нервова система.

В основі сучасного уявлення про структуру та функції ЦНС лежить нейронна теорія, яка розглядає мозок як результат функціонального об`єднання окремих клітинних елементів - нейронів.

Кора головного мозку людини містить близько 25 мільярдів таких клітин.

У 1834 р іспанська нейрогістологією Рамон-і-Кахаль запропонував принцип побудови нервової тканини з елементарних одиниць (нейронів), що мають самостійне значення в анатомічному, генетичному, функціональному, трофічні, патологічному і поведінковому сенсі - 6 властивостей нейрона. З тих пір в дослідженнях центральної і периферичної нервових систем нейронна теорія Кахаля є загальновизнаною.

Нервова система має досить складну будову. До її складу, крім нейронів входять нервові волокна і нейроглії. Нейрони є основною структурно-функціональної частиною нервової системи.

Нейрон - це нервова клітина з відростками, різними за величиною, формі і числу. Нейрон спеціалізований в такій мірі, що здатний приймати певні форми сигналів, відповідати спеціальними сигналами, проводити роздратування і в той же час створювати спеціальні контакти з іншими нейронами, ефекторами або рецепторами. У кожній нервовій клітині можна виділити чотири основні елементи: тіло (сому), дендрити, аксон і пресинаптичне закінчення аксона. Кожен з них виконує певну функцію.

Тіло нейрона містить різні внутрішньоклітинні компоненти (ядро, рибосоми, лізосоми, ендоплазматичнийретикулум, комплекс Гольджі, мітохондрії), необхідні для забезпечення життєдіяльності всієї клітини. Мембрана тіла більшості нейронів покрита синапсами. Таким чином, тіло нейрона грає важливу роль в сприйнятті і інтеграції сигналів, що надходять від інших нейронів. Від тіла клітини також беруть початок дендрити і аксон.

Дендрити - древовидно розгалужуються вирости від тіла нейрона - є конвергентної системою збору інформації, яка до них надходить або через синапси від інших нейронів, або прямо з навколишнього середовища.

Мембрана дендритів містить значну кількість білкових молекул, що виконують функцію хімічних рецепторів, що володіють специфічною чутливістю до певних хімічних речовин. Ці речовини беруть участь у передачі сигналів з клітки на клітку і є медіаторами синаптического збудження і гальмування.

Аксони (нейрити), що представляють собою осевоціліндріческій довгий одиночний відросток, спеціалізуються на проведенні потенціалу дії (нервового імпульсу) на великі відстані. Калібр аксона зазвичай прямо пропорційний його функції і фізіологічною призначенням. У аксоні містяться спеціальні освіти (синаптичні пухирці), що містять хімічні медіатори (ацетілхо-лін), і пресинаптичне закінчення.

Кількість і характер відростків, що виходять з тіла нейрона, можуть значно варіювати. Відповідно до цього нейрони діляться на уніполярні, псевдоуніполярние, біполярні і мультиполярні. Останні особливо характерні для ЦНС.

За функції розрізняють три основних типи нейронів: аферентні (чутливі), вставні (інтернунціаль-ні) і еферентні (рухові). Первинні аферентні нейрони сприймають сигнали, що виникають в рецепторних закінченнях органів почуттів, і проводять їх в ЦНС.

Вступаючи в межі ЦНС, закінчення відростків первинних аферентних нейронів встановлюють синаптичні контакти з вставними, а іноді і безпосередньо з еферентних, нейронами. Вставні нейрони забезпечують зв`язок між різними аферентні і еферентних нейронами.

Аксони еферентних нейронів (наприклад, мотонейрони спинного мозку) виходять далеко за межі ЦНС і іннервують скелетні м`язи Багато еферентні нейрони передають сигнали за допомогою інших нервових клітин.

До них можна віднести нейрони різних відділів мозку, аксони яких йдуть в складі довгих низхідних трактів до спинного мозку. Це - пірамідні клітини моторної області кори, Руброспінальние, ретікулоспінальние і вестібулос-пінальние нейрони, імпульси від яких надходять до спи-нальним мотонейронам.

Відростки нейронів формують нервові волокна. Залежно від того, чи мають вони шар мієліну, вони діляться на безміеліновие (безмякотние) і мієлінові (м`якоть-ні). Миелиновое волокно складається з осьового циліндра, що є продовженням аксона нейрона, шару мієліну і шванівської оболонки. Осьової циліндр складається з аксоплазми і нейрофибрилл, що грають важливу роль в регенерації нервового волокна.

мієлінова оболонка

Мієлінова оболонка (містить високий відсоток холестерину), що огортає осьової циліндр, що не суцільна, а переривається через певні проміжки в перехоплення Ранвей. Позаклітинна середовище в місці перехоплення Ранвье відокремлена від навколишнього простору суцільний базальноїмембраною, перекинутої через область перехоплення. Мієлін допомагає збільшити швидкість проведення нервових імпульсів (Bunge R.P., 1968).

Завдяки наявності мієліну в місці розташування перехоплень Ранвье виникають біоелектричні струми. Вони діють на значній відстані, тобто до розташування наступного перехоплення. Мієлінова оболонка «обмежує входження струмів», що поширюються навколо Мозкових волокна входять до складу так званої «соматичної», безмякотние - до складу вегетативної нервових систем.

Нейроглія. Нервові клітини зазвичай оточені допоміжними клітинами, які називаються гліальними. Гліальні клітини більш численні, ніж нейрони, і складають майже половину обсягу ЦНС. Гліальні клітини відділені від нейронів міжклітинної щілиною (інтерстиціальний простір) шириною 15-20 мм. Інтерстиціальний простір займає 12-14% загального обсягу мозку.

Гліальні клітини служать опорним і захисним апаратом для нейронів. Крім того, вони здійснюють метаболічні функції. Розрізняють макро- і мікроглію. У свою чергу, макроглія складається з астроцитарної глії і олігодендроглії. Астроцітар-ва глия - сінтіціальний утворення, що складається з великих многоотростчатих астроцитів.

Відростки, з`єднуючись, утворюють балки, між якими знаходяться нервові клітини. Розподіл астроцитів в ЦНС в загальному рівномірне, проте в білій речовині вони розташовані не так часто. Для астроцитів характерна наявність великої кількості відростків, які променеподібно відходять від клітинного тіла. Олігодендроглії виконує опорну функцію переважно для відростків нейронів, супроводжуючи їх на всьому протязі до кінцевих апаратів.

Олігодендроціти знаходяться як в сірому, так і в білій речовині. Там вони розташовуються рядами між нервовими волокнами, утворюючи своїми відростками миелиновую оболонку нервів (інтерфасцікулярная олігодендроглії). Мікроглія (глия Hortega) є найменшим гліальні елементом в ЦНС Її менше, ніж астроцитів і олігодендроглії. Вона складається з дрібних отростчатих клітин, що зустрічаються навколо нейронів. Володіючи високою рухливістю і здатністю до фагоцитозу, мікроглія виконує в ЦНС захисну (сторожову) функцію. Відомо, що мікроглія особливо сильно активується при тих хворобливих станах, коли відбувається сильний розпад нервової тканини.

В основі діяльності мозку лежать механізми, що забезпечують передачу електричних сигналів з нейрона на нейрон через міжклітинні з`єднання - синапси. Поняття синапсу (спеціалізованого контакту між нейронами) введено в 1906 році англійським фізіологом Чарльзом Шеррингтоном. В даний час відомі хімічні та електричні синапси.

Електричні синапси (ефанси) виявляються в багатьох тканинах (нейрони, міокард, гладкі м`язи) і характеризуються електричною передачею потенціалу дії, так як мембрани суміжних клітин мають тісні контакти з низьким електричним опором. Однак синапси з хімічним механізмом передачі складають більшу частину синаптического апарату ЦНС людини.

Хімічний синапс представляє собою складне структурно-функціональне утворення, в якому слід розрізняти пресинаптичний і постсинаптический елементи. Пресинаптичний елемент, зазвичай знаходиться в кінці аксона, представляється у вигляді своєрідного потовщення - синаптичної бляшки, що містить бульбашки з особливими хімічними речовинами (зокрема, з ацетилхоліном). Під впливом збудження ацетилхолін (АХ) виділяється з бульбашок і потрапляє в синаптичну щілину, через яку він впливає на рецептори постсинаптичного елемента, викликаючи в ньому електричний потенціал дії і забезпечуючи тим самим транссінаптіческого передачу сигналів.

В області синаптичної щілини існує також ензиматична система, яка інактивує медіатор після здійснення його дії і тим самим робить можливим швидке повернення постсинаптичної мембрани в «стан готовності». Зокрема, для ацетилхоліну таким ферментом є ацетилхолінестеразою, яка знаходиться на більшій частині пресинаптических мембран.

Крім ацетилхоліну існують і інші медіатори, які беруть участь в транссінаптіческого передачі сигналів, серед яких адреналін, норадреналін, серотонін, гістамін, ГАМК та ін. Тобто в нервовій системі є освіти, де домінують нейрони з тим або іншим типом медиаторной синаптичноїпередачі, а саме: нейрони холинергические, адренергічні, норадренергические, серотонинергические, гістамінергічес-кі, ГАМК-ергічні і т.д.

Відомо, що холинергических нейронів не більше ніж 10%. Поки лише до істинно холинергическим нейронам з великою впевненістю можна віднести тільки мотонейрони спинного мозку. Основна маса адренергічних нейронів в ЦНС розташовується в області підкіркових вузлів (нігро-стриарная система). Це - так звана «дофаминергическая система».

Тіла норадренергических нейронів знаходяться в основному в бічній частині ретикулярної формації довгастого мозку і моста, утворюючи висхідні і низхідні шляхи. Велика кількість цих нейронів - в гіпоталамусі. Є дані, що центральні норадренергические нейрони іннервують гладкі м`язи судин головного мозку.

Тіла серотонінергічних нейронів розташовані, головним чином, в стовбурі мозку. Вони входять до складу дорсального і медіального ядер шва довгастого мозку. Їх довгі аксони заходять практично в усі області ЦНС. Однак найбільша концентрація нервових закінчень спостерігається в гіпоталамусі. Серотонінергічні нейрони мають відношення до механізмів терморегуляції, сну, екстрапірамідної моториці і деяким психічним афектам.
Порівняно велика кількість гістамінергіческіх нейронів присутній в corpus pineale.

Нейрони, що містять ГАМІР К, ГАМК-ергічні, знаходяться у багатьох структурах мозку, наприклад, в корі головного мозку, мозочку, лимбических структурах, ядрах підстави мозку, спинному мозку. Однак найбільша концентрація цих нейронів в середньому мозку. ГАМК-ергічні нейрони надають гальмують дію в ЦНС. Порушення синтезу ГАМК веде до порушень функцій мозку, що виявляється псіходвігательним збудженням, зниженням судомного порога і судомами.

Розглянуті вище речовини належать до «класичним» медіаторів. Тим часом, останнім часом відкрито і інтенсивно вивчається збірна група речовин, постійно утворюються в нервовій системі і відіграють таку ж важливу роль медіаторів або їх модуляторів (тобто речовин, що змінюють функції самих медіаторів). Ці речовини, на відміну від низькомолекулярних класичних медіаторів, відносяться до пептидів і отримали назву нейропептидів.

Цікаво, що багато нейропептиди утворюються не тільки в ЦНС, а й в інших тканинах. Вони секретируются ендокринними клітинами кишечника, нейронами вегетативної нервової системи, різними нейронами ЦНС.

Деякі з нейропептидів є істинними нейромедиаторами, діючими на постсинаптичні мембрани клітин, інші розглядаються як нейросекреторні речовини, що виділяються з нервових закінчень в кровотік, діючи таким шляхом до органів-мішеней.

Найбільший інтерес представляють, дві групи нейропептидів - ендорфіни і енкефаліни, що володіють аналгетичними і морфіноподібними властивостями. Зміст цих речовин в головному мозку зростає під час їжі, прослуховування приємної музики або занять будь-якої, приносить задоволення, діяльністю. У зв`язку з подібними властивостями їх називають ендогенними опадами.

При дослідженні механізмів дії алкалоїдів групи опію, морфію і т.п. виявлено існування на поверхневих мембранах нейронів спеціальних рецепторів, чутливих саме до цих речовин. Ясно, що наявність таких опіоїдних рецепторів в організмі людини передбачає існування ендогенних, що виробляються в самій нервовій системі речовин - енкефалінів і ендорфінів.

У 1931 році Ейлер і Геддум виявили в екстрактах мозку перший нейропептид - субстанцію Р. Надалі виділено понад 30 пептидів, що володіють здатністю впливати на опіоїдні рецептори. А природні алкалоїди рослин - опіати - лише випадковий збіг з ендогенними опадами. Причому, збігається навіть не структура речовин, а їх дія, яке проявляється при впливі на опіоїдні рецептори нейронів.

Однак збіг механізмів дії рослинних опіатів і ендорфінів людини дозволило досягти ясності в питаннях походження наркоманії та боротьби з нею. Почуття задоволення, що виникає при активації опіоїдних рецепторів ЦНС, може виникати як при підвищеному виділенні ендорфінів, так і при вживанні наркотичних речовин - морфію і героїну. При цьому відмінність полягає головним чином в тому, що при прийомі наркотиків виникає неприродна потужна стимуляція опіоїдних рецепторів, що супроводжується надзвичайно приємним суб`єктивним відчуттям.

При повторних прийомах опіатів виникає метаболічна перебудова нейронів - можливо, вони втрачають здатність до нормального синтезу власних ендорфінів. Тому після скасування наркотику, при виниклої недостатності нейросекреції ендорфінів, стан ЦНС стає таким, що хворий без введення чергової порції наркотика відчуває важкий дискомфорт. Виникає фізична залежність.

Вважають, що пристрасть до алкоголю викликається тими ж причинами. Однак в цьому випадку алкоголь, навпаки, стимулює нейросекреції ендорфінів. Можливо, алкоголіками стають люди, у яких знижена вихідна активність опіоїдної системи. Тому такі б хпьние потребують щоденної її стимуляцій.

Знеболюючий ефект ендогенних опіоїдів може бути пов`язаний з тим, що вони перешкоджають виділенню з нервових закінчень класичних медіаторів, відповідальних за виникнення і передачу больового сигналу. У всякому разі, ендорфіни і енкефаліни в великих кількостях присутні в задніх рогах спинного мозку, тобто там, де в нього входять сенсорні шляху. При вивченні опіоїдних нейромедіаторів виявлені речовини, вибірково блокують опіоїдні рецептори. Вони служать для подальшого вивчення нейромедіаторів, а також для практичного застосування при необхідності, щоб перешкодити зв`язування опіатів або опадів з клітинами-мішенями.

Один з найбільш вивчених блокаторів - налоксон, що застосовується, зокрема, для боротьби з передозуванням наркотиків, в протишокової терапії. Існує ще безліч інших речовин, які можуть впливати на синапс, змінюючи його функціональний стан. З огляду на, що міжнейронні з`єднання є найбільш чутливим до хімічних впливів, можна вважати, що будь-який біологічно активна речовина при введенні в організм в першу чергу буде впливати на ці ділянки взаємодії клітин. Наприклад, ряд лікарських препаратів, що використовуються при психічних порушеннях ("тривожність, депресія та ін.), впливає саме на хімічну передачу в синапсах.

Багато транквілізатори і седативні засоби (антидепресант іміпрамін, резерпін, інгібітори моноаміноксидази і ін.) Надають свій лікувальний ефект, взаємодіючи з медіаторами, їх рецепторами на постсинаптичні або пресинаптичної мембрани, або з окремими ферментами. Так, інгібітори моноаміноксидази пригнічують фермент, який бере участь у розщепленні адреналіну і норадреналіну, і надають свій лікувальний ефект при депресії, збільшуючи час дії цих медіаторів.

Галюциногени типу ЛСД або мескалина відтворюють дію будь-яких медіаторів мозку або ж пригнічують дію інших медіаторів, як це показано вище для опадів. Отрути тварин (змій, скорпіонів і ін.) Можуть блокувати виділення медіатора і сприйнятливість рецепторів постсинаптичної мембрани. Наприклад, отрута кураре може повністю блокувати сприйняття ацетилхоліну кінцевий платівкою, чому м`яз перестає скорочуватися, незважаючи на що виділяється з мотонейронів медіатор, саме на цьому грунтується застосування аналога кураре (тубокурарину) в хірургії, для знерухомлення і розслаблення м`язів.

Основні механізми синаптичної передачі - це надходження нервового імпульсу в синаптичну бляшку, що веде до деполяризації пресинаптичної мембрани і підвищенню її проникності для іонів кальцію. Вхідні всередину нейрона іони кальцію сприяють злиттю синаптичних пухирців з пресинаптичної мембраною і вихід їх з клітки (екзоцитоз), в результаті чого медіатор потрапляє в синаптичну щілину.

Молекули медіатора дифундують через щілину (час руху становить 0,5 мс) і зв`язуються з розташованими на постсинаптичні мембрані рецепторами, здатними дізнаватися конкретний медіатор. При зв`язуванні молекули рецептора з медіатором її конфігурація змінюється, що призводить до зміни проникності мембрани клітини для іонів, що викликають її деполяризацію або гиперполяризацию в залежності від природи діючого медіатора і будови молекули рецептора.

У збудливих синапсах під дією медіатора (наприклад, ацетилхоліну) в мембрані відкриваються специфічні натрієві канали, і іони натрію спрямовуються в клітину відповідно до його концентраційним градієнтом. В результаті виникає деполяризація постсинаптичної мембрани, яка називається збудливим постсинаптическим потенціалом (ВПСП). Амплітуда ВПСП змінюється східчасто, відповідно до порціями (квантами) надходить з пресинаптичного нейрона медіатора.

Одиночний ВПСП не здатний викликати деполяризацію мембрани порогової величини, але він необхідний для виникнення поширюваного потенціалу дії. Однак деполярізующіе ефекти декількох ВПСП складаються (сумація). При цьому кілька ВПСП, що виникли одночасно в різних синапсах одного нейрона, можуть спільно привести до деполяризації, достатньої для збудження потенціалу дії і його поширення в постсинаптичної нейроне (просторова сумація).

Швидко повторювані вивільнення медіатора з бульбашок одній і тій же синаптичної бляшки під дією інтенсивних стимулів викликають окремі ВПСП, які так часто слідують один за одним, що їх ефекти теж підсумовуються, утворюючи в постсинаптическом нейроне поширюється потенціал дії (ПД) - тимчасова сумація. Таким чином, нервові імпульси можуть виникати в постсинаптическом нейрон як результат слабкої стимуляції декількох пов`язаних з ним пресинаптических нейронів, або як наслідок досить частою стимуляції одного пресинаптического нейрона.

У гальмівних синапсах вивільнення медіатора підвищує проникність мембрани не для іонів натрію, а для іонів калію і хлору. Прискорений перенесення калію з клітини, а хлору всередину - по градієнту концентрації сприяє гіперполяризації мембрани - гальмівний постсинаптический потенціал (ТПСП). Медіатори самі по собі можуть не володіти збудливими або гальмують властивостями.

Так, ацетилхолін надає збудливу дію в нервово-м`язових з`єднаннях, але є причиною гальмування збудливих тканин серцевого м`яза і вісцеральної мускулатури. Все залежить від молекулярних властивостей рецептора і мембрани, в тому числі - які іони будуть формувати події, описані вище.

Розглядаючи основну функцію міжнейронних взаємодій в передачі сигналів від клітини до клітин, необхідно відзначити ряд закономірностей синаптичноїпередачі.

Головні з них:
1) градуально. Нейромедіатор викликає на постсинаптичні мембрані освіту постсинаптичного потенціалу, який може мати різну амплітуду і пасивно (електротоніческі) поширюватися по постсинаптичні мембрані, деполярізуя її. Якщо деполяризація досягає певного порогового значення (що визначається кількістю надійшов медіатора), то поза постсинаптичної мембрани виникає потенціал дії, активно і без загасання передається вздовж постсинаптичного нерва;

2) односпрямованість передачі. Вивільнення медіатора з пресинаптичної мембрани і локалізація рецепторів на постсинаптичні мембрані допускають передачу нервових сигналів тільки в одному напрямку - з пре- на постструктуру, що забезпечує надійність роботи нервової системи;

3) адаптація. При безперервної стимуляції кількість виділяється в синапсі медіатора буде зменшуватися, поки його запасів не виснажуються. При такому втомі синапсу подальша передача сигналів припиняється. Адаптивне значення втоми синапсу полягає в тому, що воно запобігає пошкодженню ефектора (іншого нейрона, м`язи, залози) внаслідок перезбудження;

4) інтеграція. Постсинаптичний нейрон може отримати сигнали від багатьох пресинаптических нейронів (синаптична конвергенція), підсумовуючи їх. Завдяки просторовій сумації нейрон інтегрує сигнали від багатьох джерел і видає координований відповідь, а суммация в часі дозволяє відфільтрувати слабкі фонові імпульси, перш ніж вони досягнуть мозку. Наприклад, рецептори шкіри, очей, вух постійно отримують із зовнішнього середовища сигнали, що не мають особливої значущості для нервової системи-для неї важливі лише зміни інтенсивності стимулів, що призводять до збільшення частоти імпульсів, яке при досягненні порогової величини забезпечить їх передачу через синапс і належну реакцію .

Функція нервових клітин полягає в генеруванні збудження, його проведенні і, в кінцевому підсумку, передачі іншим клітинам (нервовим, м`язовим, залозистим), тобто ефекторів. Розглянувши принципи передачі та взаємодії між нейронами, необхідно зупинитися на основному функціональне призначення нейронів - генеруванні і проведенні збудження, тобто біоелектричних процесах в нейронах.

Механізми виникнення і проведення імпульсів в нейронах доведені після експериментів на гігантських аксонах кальмара. Велика товщина цих аксонів (діаметром близько 1 мм) дозволила безпосередньо виміряти іонний склад аксоплазми, заряд мембрани нейрона і струми, що виникають при порушенні клітини. Якщо взяти два електроди, один з них помістити на поверхні нейрона (в омиваючої рідини), а інший мікроелектрод (скляний кінчик діаметром 0,5 мм) крізь плазматичну мембрану ввести всередину аксона, то система вимірювання покаже наявність різниці потенціалів між двома електродами.

Ця різниця називається потенціалом спокою (ПП) і становить у всіх вивчених організмів 65-70 мВ. Таким чином, між зовнішньою і внутрішньою сторонами мембрани існує різниця потенціалів, причому внутрішня сторона заряджена негативно по відношенню до зовнішньої поверхні. У сенсорних клітинах, нейронах і м`язових волокнах ця величина і спрямованість може змінюватися при їх порушенні, тому такі клітини і тканини називають збудливими.

Потенціал спокою в нейронах є постійним доти, поки клітина залишається в неактивному стані, через відсутність стимулу. Встановлено, що ПП має фізико-хімічну природу і обумовлений різницею концентрацій різних іонів по обидві сторони мембрани нейрона і виборчої проникністю для цих нейронів.

У аксоплазме, що знаходиться всередині аксона, міститься в 30 разів більше іонів калію, ніж зовні, тоді як в рідини, що омиває аксон, навпаки, більше іонів натрію (в описуваних процесах головну роль відіграють саме натрій і калій).

Така іонна асиметрія (градієнти концентрацій калію і натрію) підтримується весь час, поки клітина жива, за рахунок активного перенесення іонів проти градієнта: натрій весь час виноситься з клітки, а калій заноситься в неї Такий транспорт здійснюється ферментними системами мембрани (натрієво-калієвий насос) з витратою енергії АТФ. Тому, поки клітина жива, буде існувати вказаний іонний градієнт концентрацій, відповідно, потенціал спокою.

Б.Д.Трошін, Б.Н.Жулев