Узел Ранвье - Node of Ranvier
| Узел Ранвье | |
|---|---|
 Рисунок аксона периферического нерва (обозначенный «осевой цилиндр»), показывающий узел Ранвье вместе с другими особенностями.
| |
 Узлы Ранвье
| |
| Подробности | |
| Система | Нервная система |
| Место нахождения | Миелинизированные аксоны из нерва |
| Идентификаторы | |
| латинский | инцизура миелини |
| MeSH | D011901 |
| TH | H2.00.06.2.03015 |
|
Анатомические термины микроанатомии | |
Ранвье ( / ˌ г ɑː п v я eɪ / Rähn -vee- А.Ю. , / г ɑː п v я eɪ / -ay ), также известный как зазоры миелина-оболочка , происходит вдоль миелиновые аксона , где аксолемма подвергается воздействию внеклеточного пространства. Узлы Ранвье неизолированы и сильно обогащены ионными каналами , что позволяет им участвовать в обмене ионами, необходимыми для восстановления потенциала действия . Нервная проводимость в миелинизированных аксонах называется скачкообразной проводимостью (от латинского saltare «прыгать или прыгать») из-за того, как потенциал действия, кажется, «прыгает» от одного узла к другому вдоль аксона. Это приводит к более быстрой проводимости потенциала действия.
Обзор
| Узел Ранвье |
|---|
Многие аксоны позвоночных окружены миелиновой оболочкой, обеспечивающей быстрое и эффективное скачкообразное («скачущее») распространение потенциалов действия. Контакты между нейронами и глиальными клетками демонстрируют очень высокий уровень пространственной и временной организации в миелинизированных волокнах. Миелинизирующие глиальные клетки - олигодендроциты в центральной нервной системе (ЦНС) и шванновские клетки в периферической нервной системе (ПНС) - обертываются вокруг аксона, оставляя аксолемму относительно незакрытой в регулярно расположенных узлах Ранвье.
Межузловые глиальные мембраны сливаются с образованием компактного миелина , тогда как заполненные цитоплазмой паранодальные петли миелинизирующих клеток спирально обернуты вокруг аксона с обеих сторон узлов. Эта организация требует жесткого контроля развития и формирования множества специализированных зон контакта между различными участками мембраны миелинизирующих клеток. Каждый узел Ранвье окружен паранодальными областями, где спиралевидно завернутые глиальные петли прикреплены к аксональной мембране с помощью перегородочного соединения.
Сегмент между узлами Ранвье называется междоузлием , а его самая внешняя часть, которая контактирует с параузлами, называется юкстапаранодальной областью. Узлы инкапсулированы микроворсинками, происходящими из внешней стороны мембраны шванновских клеток в ПНС, или перинодальными расширениями астроцитов в ЦНС.
Состав
Междоузлия - это миелиновые сегменты, а промежутки между ними называются узлами. Размер и расстояние между междоузлиями изменяются в зависимости от диаметра волокна по криволинейной зависимости, которая оптимизирована для максимальной скорости проводимости. Размер узлов составляет от 1 до 2 мкм, тогда как междоузлия может достигать (а иногда даже больше) 1,5 мм в длину, в зависимости от диаметра аксона и типа волокна.
Структура узла и прилегающих к нему паранодальных областей отличается от междоузлий под компактной миелиновой оболочкой, но очень похожа в ЦНС и ПНС. Аксон подвергается воздействию внеклеточной среды в узле и сужен в своем диаметре. Уменьшение размера аксона отражает более высокую плотность упаковки нейрофиламентов в этой области, которые менее сильно фосфорилируются и транспортируются медленнее. Везикулы и другие органеллы также увеличиваются в узлах, что указывает на то, что существует узкое место для аксонального транспорта в обоих направлениях, а также для локальной передачи аксонально-глиальных сигналов.
Когда продольный разрез делается через миелинизирующую шванновскую клетку в узле, представлены три отличительных сегмента: стереотипное междоузлие , паранодальная область и сам узел. В межузловой области шванновская клетка имеет внешний воротник цитоплазмы, компактную миелиновую оболочку и внутренний воротник цитоплазмы, а также аксолемму. В паранодальных областях петли паранодальной цитоплазмы контактируют с утолщениями аксолеммы, образуя перегородочные соединения. В одном только узле аксолемма контактирует с несколькими микроворсинками Шванна и содержит плотную подстилку цитоскелета.
Различия в центральной и периферической нервной системе
Хотя исследования переломов замораживанием показали, что узловая аксолемма как в ЦНС, так и в ПНС обогащена внутримембранными частицами (IMP) по сравнению с междоузлиями, существуют некоторые структурные различия, отражающие их клеточные составляющие. В ПНС специализированные микроворсинки выступают из внешнего воротника шванновских клеток и очень близко подходят к узловой аксолемме крупных волокон. Выступы шванновских клеток перпендикулярны узлу и расходятся от центральных аксонов. Однако в ЦНС один или несколько астроцитарных процессов происходят в непосредственной близости от узлов. Исследователи заявляют, что эти процессы происходят из многофункциональных астроцитов, а не из популяции астроцитов, предназначенных для контакта с узлом. С другой стороны, в PNS базальная пластинка, которая окружает шванновские клетки, является непрерывной через узел.
Состав
Узлы обменников Na + / Ca2 + Ранвье и высокая плотность потенциал-управляемых каналов Na +, которые генерируют потенциалы действия. Натриевый канал состоит из порообразующей α-субъединицы и двух дополнительных β-субъединиц, которые прикрепляют канал к внеклеточным и внутриклеточным компонентам. Узлы Ранвье в центральной и периферической нервной системе в основном состоят из субъединиц αNaV1.6 и β1. Внеклеточная область субъединиц β может ассоциироваться сама с собой и с другими белками, такими как тенасцин R и молекулы клеточной адгезии нейрофасцин и контактин. Контактин также присутствует в узлах ЦНС, и взаимодействие с этой молекулой усиливает поверхностную экспрессию каналов Na +.
Анкириновый были установлено, ограниченно с βIV спектриной, в спектрине изоформы , обогащенной в узлах Ранвия и аксоном начальных сегментов. Узлы PNS окружены микроворсинками шванновских клеток , которые содержат ERM и EBP50, которые могут обеспечивать связь с актиновыми микрофиламентами. Несколько белков внеклеточного матрикса обогащены в узлах Ранвье, в том числе тенасцина-R , Bral-1 , и протеогликанов NG2, а также phosphacan и версикан V2. В узлах ЦНС аксональные белки также включают контактин; однако микроворсинки шванновских клеток заменяются перинодальными отростками астроцитов .
Молекулярная организация
Молекулярная организация узлов соответствует их специализированной функции при распространении импульсов. Уровень натриевых каналов в узле по сравнению с междоузлиями предполагает, что количество IMP соответствует натриевым каналам. Калиевые каналы практически отсутствуют в узловой аксолемме, тогда как они сильно сконцентрированы в паранодальной аксолемме и мембранах шванновских клеток в узле. Точная функция калиевых каналов не совсем выяснена, но известно, что они могут способствовать быстрой реполяризации потенциалов действия или играть жизненно важную роль в буферизации ионов калия в узлах. Это сильно асимметричное распределение потенциалзависимых натриевых и калиевых каналов резко контрастирует с их диффузным распределением в немиелинизированных волокнах.
Нитевидная сеть, прилегающая к узловой мембране, содержит белки цитоскелета, называемые спектрином и анкирином . Высокая плотность анкирина в узлах может иметь функциональное значение, потому что некоторые из белков, которые заселяются в узлах, обладают общей способностью связываться с анкирином с чрезвычайно высоким сродством. Все эти белки, включая анкирин , обогащены начальным сегментом аксонов, что предполагает функциональную взаимосвязь. В настоящее время связь этих молекулярных компонентов с кластеризацией натриевых каналов в узлах все еще не известна. Хотя сообщалось, что некоторые молекулы клеточной адгезии непостоянно присутствуют в узлах; однако известно, что множество других молекул сильно заселено на глиальных мембранах паранодальных областей, где они вносят вклад в его организацию и структурную целостность.
Разработка
Миелинизация нервных волокон
Сложные изменения, которым Шванновская клетка претерпевает в процессе миелинизации периферических нервных волокон, наблюдались и изучались многими. Начальная оболочка аксона происходит без прерывания по всей длине шванновской клетки . Последовательность этого процесса заключается в свертывании поверхности шванновских клеток так, что образуется двойная мембрана из противоположных граней свернутой поверхности шванновских клеток . Эта мембрана растягивается и спирально оборачивается снова и снова по мере продолжения свертывания поверхности шванновских клеток . В результате легко установить увеличение толщины расширения миелиновой оболочки в ее поперечном сечении. Также очевидно, что каждый из последовательных витков спирали увеличивается в размере по длине аксона по мере увеличения числа витков. Однако неясно, можно ли объяснить увеличение длины миелиновой оболочки исключительно увеличением длины аксона, покрываемого каждым последовательным витком спирали, как объяснялось ранее. На стыке двух шванновских клеток вдоль аксона направления ламеллярного выступа миелиновых окончаний имеют противоположное значение. Это соединение, прилегающее к ячейкам Шванна, составляет область, обозначенную как узел Ранвье.
Ранние стадии
Исследователи доказывают, что в развивающейся ЦНС Nav1.2 изначально экспрессируется во всех формирующих узлах Ранвье. После созревания узловая Nav1.3 подавляется и заменяется Nav1.6. Naz1.2 также экспрессируется во время формирования узла PNS, что предполагает, что переключение подтипов Nav-каналов является общим явлением в CNS и PNS. В этом же исследовании было показано, что Nav1.6 и Nav1.2 совместно локализуются во многих узлах Ранвье во время ранней миелинизации. Это также привело к предположению, что ранние кластеры каналов Nav1.2 и Nav1.6 предназначены для того, чтобы позже стать узлами Ранвье. Сообщается также, что нейрофасцин является одним из первых белков, которые накапливаются во вновь формирующихся узлах Ранвье. Также обнаружено, что они обеспечивают сайт зародышеобразования для прикрепления G анкирина, каналов Nav и других белков. Недавняя идентификация белка глиомедина микроворсинок шванновских клеток как вероятного партнера по связыванию аксонального нейрофасцина дает существенные доказательства важности этого белка в рекрутировании каналов Nav в узлы Ранвье. Кроме того, Lambert et al. и Эшед и др. также указывает на то, что нейрофасцин накапливается раньше Nav каналов и, вероятно, играет решающую роль в самых ранних событиях, связанных с образованием узла Ранвье. Таким образом, несколько механизмов могут существовать и работать синергетически для облегчения кластеризации каналов навигации в узлах Ранвье.
Узловое образование
Первым событием, по-видимому, является накопление молекул клеточной адгезии, таких как NF186 или NrCAM. Внутриклеточные области этих молекул клеточной адгезии взаимодействуют с анкирином G, который служит якорем для натриевых каналов. В то же время периаксональное расширение глиальной клетки оборачивается вокруг аксона, давая начало паранодальным областям. Это движение вдоль аксона вносит значительный вклад в общее формирование узлов Ранвье, позволяя геминодам, сформированным на краях соседних глиальных клеток, сливаться в полные узлы. Септатоподобные соединения образуются в паранодальных узлах с обогащением NF155 в глиальных параноузловых петлях. Сразу после ранней дифференциации узловых и паранодальных областей, калиевые каналы, Caspr2 и TAG1 накапливаются в прилегающих и паранодальных областях. Это накопление непосредственно совпадает с образованием компактного миелина . В зрелых узловых областях взаимодействия с внутриклеточными белками кажутся жизненно важными для стабильности всех узловых областей. В ЦНС олигодендроциты не имеют микроворсинок, но, по-видимому, способны инициировать кластеризацию некоторых аксональных белков через секретируемые факторы. Комбинированные эффекты таких факторов с последующими движениями, генерируемыми обертыванием периаксонального удлинения олигодендроцитов, могут объяснять организацию узлов ЦНС Ранвье.
Функция
Потенциал действия
Потенциал действия является всплеск как положительных , так и отрицательных ионов разряда , который перемещается вдоль мембраны клетки. Создание и проведение потенциалов действия представляет собой фундаментальное средство коммуникации в нервной системе. Потенциалы действия представляют собой быстрое изменение напряжения на плазматической мембране аксонов. Эти быстрые развороты опосредуются потенциалозависимыми ионными каналами, обнаруженными в плазматической мембране . Потенциал действия перемещается от одного места в клетке к другому, но поток ионов через мембрану происходит только в узлах Ранвье. В результате сигнал потенциала действия скачет по аксону от узла к узлу, а не распространяется плавно, как в аксонах, лишенных миелиновой оболочки. Кластеризация потенциалзависимых каналов ионов натрия и калия в узлах допускает такое поведение.
Соляная проводимость
Поскольку аксон может быть немиелинизированным или миелинизированным, потенциал действия может перемещаться вниз по аксону двумя способами. Эти методы называются непрерывной проводимостью для немиелинизированных аксонов и скачкообразной проводимостью для миелинизированных аксонов. Сальтаторная проводимость определяется как потенциал действия, перемещающийся дискретными скачками вниз по миелинизированному аксону.
Этот процесс описывается как заряд, пассивно распространяющийся на следующий узел Ранвье, чтобы деполяризовать его до порога, который затем запускает потенциал действия в этой области, который затем пассивно распространяется на следующий узел и так далее.
Сальтирующая проводимость дает одно преимущество перед проводимостью, которая происходит вдоль аксона без миелиновых оболочек. Это связано с тем, что повышенная скорость, обеспечиваемая этим режимом проведения, обеспечивает более быстрое взаимодействие между нейронами. С другой стороны, в зависимости от средней скорости возбуждения нейрона, расчеты показывают, что энергетические затраты на поддержание потенциала покоя олигодендроцитов могут перевесить экономию энергии за счет потенциалов действия. Таким образом, миелинизация аксонов не обязательно экономит энергию.
Постановление о формировании
Регуляция паранода через накопление митохондрий
Митохондрии и другие мембранозные органеллы обычно обогащены в области PNP периферических миелинизированных аксонов, особенно аксонов большого калибра. Фактическая физиологическая роль этого накопления и факторы, которые его регулируют, не изучены; однако известно, что митохондрии обычно присутствуют в тех областях клетки, которые требуют высокой энергии. В этих же регионах они также считаются содержащими конусы роста, синаптические терминалы и сайты инициации и регенерации потенциала действия, такие как узлы Ранвье. В синаптических окончаниях митохондрии производят АТФ, необходимый для мобилизации пузырьков для нейротрансмиссии. В узлах Ранвье митохондрии играют важную роль в проведении импульсов, производя АТФ, который необходим для поддержания активности энергоемких ионных насосов. Подтверждая этот факт, в аксоплазме PNP больших периферических аксонов присутствует примерно в пять раз больше митохондрий, чем в соответствующих межузловых областях этих волокон.
Узловое регулирование
Через αII-Спектрин
Сальтаторная проводимость в миелинизированных аксонах требует организации узлов Ранвье, тогда как потенциал-управляемые натриевые каналы сильно заселены. Исследования показывают, что αII-Spectrin, компонент цитоскелета, обогащается в узлах и параузлах на ранних стадиях, и по мере созревания узлов экспрессия этой молекулы исчезает. Также доказано, что αII-Spectrin в аксональном цитоскелете абсолютно жизненно важен для стабилизации кластеров натриевых каналов и организации зрелого узла Ранвье.
Возможная регуляция через молекулу распознавания OMgp
Ранее было показано, что OMgp (олигодендроцитарный миелиновый гликопротеин) кластеры в узлах Ранвье и может регулировать паранодальную архитектуру, длину узла и прорастание аксонов в узлах. Однако последующее исследование показало, что антитело, которое ранее использовалось для идентификации OMgp в узлах, перекрестно реагирует с другим обогащенным узлами компонентом версиканом V2 и что OMgp не требуется для целостности узлов и параузлов, что противоречит ранее описанной локализации и предлагаемым функциям. OMgp в узлах.
Клиническое значение
Белки в этих возбудимых доменах нейрона при повреждении могут приводить к когнитивным расстройствам и различным невропатическим заболеваниям.
История
Миелиновая оболочка длинных нервов была обнаружена и названа немецким патологом- анатомом Рудольфом Вирховым в 1854 году. Французский патолог и анатом Луи-Антуан Ранвье позже обнаружил узлы или пробелы в миелиновой оболочке, которые теперь носят его имя. Ранвье родился в Лионе и был одним из самых выдающихся гистологов конца XIX века. Ранвье отказался от патологических исследований в 1867 году и стал ассистентом физиолога Клода Бернара . Он был председателем кафедры общей анатомии в Коллеж де Франс в 1875 году.
Его усовершенствованные гистологические методы и его работа как с поврежденными, так и с нормальными нервными волокнами стали всемирно известными. Его наблюдения за волоконными узлами и дегенерацией и регенерацией перерезанных волокон оказали большое влияние на парижскую неврологию в Сальпетриере . Вскоре после этого он обнаружил разрывы в оболочках нервных волокон, которые позже были названы Узлами Ранвье. Это открытие позже привело Ранвье к тщательному гистологическому исследованию миелиновых оболочек и шванновских клеток.
Дополнительные изображения
Полная схема нейронных клеток
Медуллированные нервные волокна, окрашенные нитратом серебра
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- База данных, центрированная по ячейкам - Узел Ранвье
- Анатомическое фото: нервный / pns / nerve2 / nerve5 - Сравнительная органология в Калифорнийском университете в Дэвисе - "PNS, нерв (LM, средний)"