Neurony są odpowiedzialne za przekazywanie informacji w całym ludzkim ciele. Korzystając z sygnałów elektrycznych i chemicznych, pomagają koordynować wszystkie niezbędne funkcje życiowe. W tym artykule wyjaśniamy, czym są neurony i jak działają.
Krótko mówiąc, nasze systemy nerwowe wykrywają, co dzieje się wokół nas i wewnątrz nas; decydują, jak powinniśmy postępować, zmieniając stan narządów wewnętrznych (na przykład zmiany częstości akcji serca) i pozwalają nam myśleć oraz pamiętać o tym, co się dzieje. Aby to zrobić, opierają się na wyrafinowanej sieci – neuronach.
Oszacowano, że mózg ma około 86 miliardów neuronów; aby osiągnąć ten ogromny cel, rozwijający się płód musi wytworzyć około 250 000 neuronów na minutę.
Każdy neuron jest połączony z innymi neuronami za pomocą około 1000 synaps, tworząc niesamowicie złożoną sieć komunikacji. Neurony są uważane za podstawowe jednostki układu nerwowego.
Neurony, czasami nazywane komórkami nerwowymi, stanowią około 10 procent mózgu; reszta składa się z komórek glejowych i astrocytów, które wspomagają i odżywiają neurony.
Jak wyglądają neurony?
Neurony można zobaczyć tylko za pomocą mikroskopu i można je podzielić na trzy części:
Soma (ciało komórki) – ta część neuronu otrzymuje informacje. Zawiera jądro komórkowe.
Dendryty – te cienkie włókna przenoszą informacje z innych neuronów do somy. Są one «wejściową» częścią komórki.
Akson – ta długa projekcja przenosi informacje z somy i wysyła je do innych komórek. To jest «wyjściowa» część komórki. Zwykle kończy się liczbą synaps łączących się z dendrytami innych neuronów.
Zarówno dendryty, jak i aksony są czasami określane jako włókna nerwowe.
Aksony mają różną długość. Niektóre mogą być małe, podczas gdy inne mogą mieć ponad 1 metr długości. Najdłuższy akson nazywa się zwojem korzenia grzbietowego (DRG), skupiskiem ciał komórek nerwowych przenoszących informacje ze skóry do mózgu. Niektóre z aksonów w DRG wędrują od stóp do pnia mózgu – do 2 metrów u wysokiej osoby.
Rodzaje neuronów
Neurony można podzielić na typy na różne sposoby, na przykład przez połączenie lub funkcję.
Połączenie
Neurony biorące udział w procesie – pobierają wiadomości z ośrodkowego układu nerwowego (mózg i rdzeń kręgowy) i dostarczają je do komórek w innych częściach ciała.
Neurony dotleniające – pobierają wiadomości od reszty ciała i dostarczają je do centralnego układu nerwowego (CNS).
Interneurony – przekazują wiadomości między neuronami w OUN.
Funkcja
Sensoryczna – przenosi sygnały ze zmysłów do OUN.
Relay – przenoszenie sygnałów z jednego miejsca do drugiego w CNS.
Motor – przenosi sygnały z OUN do mięśni.
W jaki sposób neurony niosą wiadomość?
Jeśli neuron odbiera dużą liczbę sygnałów wejściowych z innych neuronów, sygnały te sumują się, dopóki nie przekroczą określonego progu.
Po przekroczeniu tego progu, neuron jest wyzwalany, aby wysłać impuls wzdłuż swojego aksonu – to się nazywa potencjałem czynnościowym.
Potencjał działania jest tworzony przez ruch elektrycznie naładowanych atomów (jonów) w poprzek membrany aksonu.
Neurony w spoczynku są bardziej naładowane ujemnie niż otaczający je płyn; jest to określane jako potencjał membrany. Zazwyczaj jest to -70 miliwoltów (mV).
Kiedy ciało komórki nerwu otrzymuje wystarczającą ilość sygnałów, by wywołać ogień, część aksonu znajdująca się najbliżej ciała komórki depolaryzuje – potencjał błony szybko unosi się, a następnie opada (w około 1000-tu na sekundę). Ta zmiana wywołuje depolaryzację w odcinku aksonu obok, i tak dalej, aż wzrost i spadek ładunku przemieścił całą długość aksonu.
Po wypaleniu każdej sekcji wchodzi w krótki stan hiperpolaryzacji, gdzie jej próg jest obniżany, co oznacza, że jest mniej prawdopodobne, że zostanie natychmiast wyzwolony.
Najczęściej są to jony potasowe (K +) i sodowe (Na +), które generują potencjał czynnościowy. Jony wchodzą i wychodzą z aksonów poprzez bramkowane napięciem kanały jonowe i pompy.
Oto proces w skrócie:
- Kanały Na + otwierają się, pozwalając Na + wlać się do komórki, czyniąc ją bardziej pozytywną.
- Gdy komórka osiągnie pewien ładunek, kanały K + otwierają się, pozwalając K + wypłynąć z komórki.
- Następnie kanały Na + zostały zamknięte, ale kanały K + pozostają otwarte, pozwalając na opuszczenie komórki dodatnim ładunkiem. Potencjał błony pogrąża się.
- Gdy potencjał błony powraca do stanu spoczynkowego, kanały K + są zamknięte.
- Na koniec, pompa sodowo-potasowa transportuje Na + z komórki i K + z powrotem do komórki w celu uzyskania następnego potencjału czynnościowego.
Potencjały akcji opisywane są jako «wszystko albo nic», ponieważ są zawsze tej samej wielkości. Siła bodźca jest przekazywana za pomocą częstotliwości. Na przykład, jeśli bodziec jest słaby, neuron będzie rzadziej strzelał, a na silny sygnał będzie strzelał częściej.
Myelin
Większość aksonów pokrywa biała, woskowa substancja zwana mieliną.
Ta powłoka izoluje nerwy i zwiększa prędkość, z jaką przemieszczają się impulsy.
Mielina jest tworzona przez komórki Schwanna w obwodowym układzie nerwowym i oligodendrocyty w OUN.
W powłoce mielinowej znajdują się małe szczeliny, zwane węzłami Ranviera. Potencjał akcji przeskakuje od szczeliny do szczeliny, pozwalając sygnałowi poruszać się znacznie szybciej.
Stwardnienie rozsiane jest spowodowane powolnym rozkładem mieliny, co prowadzi do przewlekłych problemów neurologicznych.
Jak działają synapsy
Neurony są połączone ze sobą i tkankami, dzięki czemu mogą komunikować się z wiadomościami; jednak nie dotykają się fizycznie – zawsze istnieje przerwa między komórkami, zwana synapsą.
Synapsy mogą być elektryczne lub chemiczne. Innymi słowy, sygnał przenoszony z pierwszego włókna nerwowego (neuronu presynaptycznego) do następnego (neuron postsynaptyczny) jest przekazywany za pomocą sygnału elektrycznego lub sygnału chemicznego.
Synapsy chemiczne
Gdy sygnał dotrze do synapsy, wyzwala uwalnianie substancji chemicznych (neuroprzekaźników) w szczelinę między dwoma neuronami; ta luka nazywa się szczeliną synaptyczną.
Neuroprzekaźnik dyfunduje przez szczelinę synaptyczną i oddziałuje z receptorami na membranie postsynaptycznego neuronu, wyzwalając reakcję.
Synapsy chemiczne są klasyfikowane w zależności od uwolnionych neurotransmiterów:
Glutamergic – uwalnia glutaminę. Są często pobudzające, co oznacza, że są bardziej skłonne do wywoływania potencjału czynnościowego.
GABAergic – uwalnianie GABA (kwas gamma-aminomasłowy). Są często hamujące, co oznacza, że zmniejszają szansę na wyładowanie neuronu postsynaptycznego.
Cholinergiczny – uwolnienie acetylocholiny. Można je znaleźć między neuronami ruchowymi a włóknami mięśniowymi (połączenie nerwowo-mięśniowe).
Adrenergiczny – uwalnianie norepinefryny (adrenaliny).
Synapsy elektryczne
Synapsy elektryczne występują rzadziej, ale są obecne w całym OUN. Kanały zwane złączami szczelinowymi łączą membrany presynaptyczne i postsynaptyczne. W połączeniach szczelinowych membrany po- i presynaptyczne są znacznie bliżej siebie niż w synapsach chemicznych, co oznacza, że mogą bezpośrednio przepuszczać prąd elektryczny.
Synapsy elektryczne działają znacznie szybciej niż synapsy chemiczne, więc znajdują się w miejscach, w których konieczne są szybkie działania, na przykład w odruchach obronnych.
Chemiczne synapsy mogą wywoływać złożone reakcje, ale synapsy elektryczne mogą jedynie dawać proste odpowiedzi. Jednak w przeciwieństwie do synaps chemicznych, są one dwukierunkowe – informacje mogą płynąć w dowolnym kierunku.
W skrócie
Neurony są jednym z najbardziej fascynujących typów komórek w ludzkim ciele. Są niezbędne dla każdego działania, które wykonuje nasze ciało i mózg. To złożoność sieci neuronowych daje nam naszą osobowość i naszą świadomość. Są odpowiedzialne za najbardziej podstawowe działania i najbardziej zawiłe. Od automatycznych odruchów po głębokie przemyślenia na temat wszechświata, neurony obejmują wszystko.
Aktualne badania i nowinki w neurobiologii (2024)
W ostatnich latach neurobiologia przynosi wiele fascynujących odkryć. Nowe badania pokazują, że neurogeneza, czyli proces tworzenia nowych neuronów, występuje nie tylko w mózgu płodowym, ale i w dorosłym mózgu, szczególnie w hipokampie, co ma ogromne znaczenie dla uczenia się i pamięci.
Według badań opublikowanych w 2024 roku stwierdzono, że regularna aktywność fizyczna oraz dieta bogata w kwasy omega-3 mogą wspierać neurogenezę i poprawiać funkcje poznawcze. Warto także zauważyć, że stres przewlekły negatywnie wpływa na neurogenezę, co może prowadzić do problemów zdrowotnych, w tym depresji i lęku.
Najnowsze technologie obrazowania mózgu pozwalają na dokładniejsze badanie dynamiki neuronów w czasie rzeczywistym, co otwiera nowe możliwości w diagnostyce i leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. Badania nad synapsami, a zwłaszcza neurotransmiterami, ujawniają coraz więcej informacji na temat sposobu, w jaki neurony komunikują się w złożonych sieciach, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia procesów chorobowych, takich jak Alzheimer czy Parkinson.
Wszystkie te odkrycia podkreślają znaczenie neuronów nie tylko w kontekście funkcjonowania układu nerwowego, ale także w szerokim zakresie problemów zdrowotnych, które mogą mieć swoje źródło właśnie w zaburzeniach neuronalnych.
