CELULELE SISTEMULUI NERVOS

CURS 1

Sistemul nervos

• Este alcătuit din două tipuri principale de celule: neuronii şi nevrogliile (celulele gliale).

• Ambele joacă roluri esenţiale în cadrul sistemului nervos

• Numai neuronii sunt capabili de a transmite mesajele intre structurile SNC sau intre SNC si structuri din afara sistemului

Neuronii

• Cu excepţia neuronilor olfactivi, neuronii nu se divid şi nu proliferează după “explozia” din timpul vieţii embriologice. În schimb, în multe cazuri, ei cresc enorm în dimensiuni.

• Moartea celulară programată (apoptoza) joacă un rol important în timpul dezvoltării SN.

• Există mai multe tipuri de neuroni: celule piramidale, stelate, Purkinje, Martenotti, mitrale, granulare.

Neuronii

• Neuronii posedă un centru metabolic (corpul celular cu nucleu, perikarion) de la care pleacă unul sau mai multe prelungiri/procese

• De la neuron pleacă două tipuri de prelungiri: dendritele mici şi ramificate şi axonul lung, neramificat (cu excepţia părţii terminale).

• Clasificarea structurală a neuronilor este bazată pe numărul de prelungiri (procese) ce pleacă de la corpul celular.

Clasificarea neuronilor

Clasificarea neuronilor în funcţie de numărul de prelungiri – neuroni pseudounipolari, ce sunt senzitivi şi au o prelungire ce se împarte în 2

ramificaţii; neuroni bipolari ce sunt localizaţi în retină şi în cohlee; neuroni multipolari, ce sunt neuroni motori şi prezintă un axon şi mai

multe dendrite.

Clasificarea neuronilor• Neuronii pseudounipolari au o singură prelungire scurtă ce

se ramifică în formă de T pentru a forma o pereche de procese mai mari. Neuronii senzitivi sunt pseudounipolari – una din prelungirile ramificate primeşte stimuli senzitivi şi produc impulsul nervos; cealaltă prelungire livrează impulsul către sinapse.

• Neuronii bipolari au 2 prelungiri, una la nivelul fiecărui capăt; acest tip de neuron este întâlnit în retină.

• Neuronii multipolari au câteva dendrite şi un singur axon ce pleacă de la corpul celular; de exemplu neuronii motori.

Neuronul multipolar

Neuronii motori• Neuronii motori somatici care sunt

responsabili atât pentru controlul reflex cât şi cel voluntar al muşchilor scheletici.

• Neuronii motori autonomi care inervează muşchiul neted, muşchiul cardiac si glandele endocrine.

• Corpul celular ale neuronilor autonomi care inervează aceste organe este localizat în afara SNC la nivelul unor ganglioni.

• Neuronul multipolar este cel mai comun tip de neuron.

Structura neuronilor• Neuronii sunt din punct de vedere fiziologic polarizaţi.

Mesajele circulă de la dendrite spre corpul celular şi de la acesta la axon.

• La nivelul corpului celular există un nucleu mare, nucleoli bine dezvoltaţi, reticulul endoplasmatic rugos bine dezvoltat, aparatul Golgi proeminent, mitocondrii abundente, în timp ce lizozomii şi peroxizomii sunt frecvent vizibili.

• Neuronii prezintă şi un citoschelet bine dezvoltat, reprezentat de microtubuli, neurotubuli, neurofilamentele (filamentele intermediare).

Ultrastructura neuronului

• Axonul (fibrele nervoase) pleacă dintr-o parte conică a corpului celular si este invelit în teaca de mielină.

• Mielina este formată din celule gliale şi joacă un rol vital în determinarea conducerii impulsului. Joncţiunile dintre celulele gliale constituie nodulii lui Ranvier. În partea lui terminală axonul se ramifică într-un număr mai mic sau mai mare de arborizaţii terminale.

• Aceste terminaţii ale telodendriilor stabilesc un contact sinaptic cu alţi neuroni sau dacă axonul este o fibră motorie ce iese din SNC, contactul este cu fibra musculară.

• Un impuls odată iniţiat la nivelul segmentului iniţial, este transmis fără a scădea în intensitate către terminaţiile telodendritice.

• În partea terminală a axonului întâlnim butonul sinaptic sau butonul terminal. La ME putem observa mitocondrii şi vezicule sinaptice.

O terminatie axonala de la suprafata unui neuron din coarnele dorsale a maduvei spinarii contine atat vezicule

sinaptice dense cat si vezicule clare dispuse deasupra ingrosarii membranare, 68.000x

Un dendrit (D) flancat de 2 terminatii axonale cu vezicule sinaptice clare, sferice, 75.000x

O sinapsa este vizibila la supafata neuronului motor din maduva spinarii. Intre corpul neuronal (stanga) si terminatia axonala (dreapta)

se observa o jonctiune gap flancata de desmozomi (sageti), 80.000x

Dendritele

• Dendritele, în majoritatea neuronilor multipolari, au un diametru mai mare decât al axonului. Spre deosebire însă de axon, sunt extreme de ramificate.

• Ele dezvoltă adesea protuberanţe mici cunoscute în mod curent ca spini. Aceste sunt locurile de contact sinaptic.

• Dendritele nu sunt pasive sau inerte. Ca şi axonul, prezintă o ultrastructură complexă formată în principal din mirotubuli.

Ultrastructura dendritelor

Celulele gliale• Celulele gliale prezintă

capacitatea de a se multiplica intens după naştere.

• Sunt capabile să invadeze regiunile distruse (lezate) şi să înlăture orice material necrotic şi duc astfel la formarea unei cicatrici gliale.

• Nevrogliile sunt singurele elemente ale tesutului nervos care dau naştere tumorilor din SNC

Celulele gliale• Putem identifica 4 tipuri de celule giale: astroglia/astrocitul,

oligodendroglia/oligodendrocitul, microglia şi celulele ependimare.

• Astrocitele prezintă o serie de prelungiri ce pleacă de la un corp celular central mare ce conţine nucleul. Există dovezi că astrocitele sunt interconectate prin joncţiuni gap ce le ajută să facă schimb de molecule şi de ioni.

• Există cazuri frecvente când câteva prelungiri astrogliale se termină la nivelul peretului endotelial al vaselor sanguine cerebrale, în timp ce altele sunt strâns legate de neuroni.

• Uneori piciorul astrocitelor mărgineşte celulele ependimare ce delimitează ventriculul cerebral.

• Astrocitele sunt implicate în mişcarea materialului dintre lichidul cerebrospinal, sânge şi neuron.

Un astrocit protoplasmatic in apropierea unui vas sanguin (L – lumenul vasului) in cortex. Nucleul prezinta cromatina densa iar citoplasma contine numeroase organite, inclusiv aparat Golgi si

RE rugos. 10.000x; Stanga-sus: Detaliu al citoplasmei perinucleare prezentand filamente. 44.000x

Astrocitele• Un alt element important al astrocitelor este

dezvoltarea de filamente în citoplasmă.• Aceste filamente sunt dezvoltate mai mult în

astrocitele din substanţa albă decât cele din substanţa cenusie.

• Aceste două tipuri de astrocite sunt denumite în consecinţă astrocite fibroase, respectiv protoplasmatice.

• Aceste filamente oferă o anumită rezistenţă la tracţiune şi deoarece astrocitele sunt adesea legate ferm între ele sau de neuroni prin joncţiuni strânse, ele pot reprezenta un suport structural în ţesutul nervos.

Astrocitele• Astrocitele invadează regiunile lezate ale sistemului SNC şi

sunt responsabile de formarea cicatricelor gliale.• Există dovezi că astrocitele sunt capabile de sinteza şi

secreţia de neurotransmiţători. În dezvoltarea creierului aceştia acţionează ca factori de creştere.

• În zona subventriculară a organismului adult, astrocitele păstrează un potenţial proliferativ, şi au rolul de celule stem neurale.

• Una din cele mai importante funcţii ale astrocitelor este totuşi formarea şi menţinerea de sinapse în sistemul nervos central.

• Astrocitele secretă atât cholesterol, cât şi o lipoproteină numită apolipoproteina E (ApoE) în spaţiul intercelular.

Astrocite in cultura.GFAP – glial fibrillary acidic protein

Functiile astrocitelor• Astrocitele atrag K+ din lichidul extracelular. Deoarece K+

difuzează în afara neuronilor în timpul producerii de impulsuri nervoase, această funcţie este importantă pentru menţinerea unui mediu ionic propice neuronilor.

• Astrocitele atrag neurotransmiţători eliberaţi din terminaţiile axonale ale neuronilor. De exemplu, neurotransmiţătorul glutamat este captat de astrocite şi transformat în glutamină; glutamina este apoi eliberată către neuronii ce o pot utiliza pentru a forma din nou glutamat.

• Piciorul astrocitar ce înconjoară capilarul preia glucoza din sânge. Apoi glucoza este metabolizată în acid lactic ce este eliberat şi folosit ca sursă de energie de către neuroni. Acidul lactic este metabolizat aerob în CO2 şi H2O pentru producerea de ATP.

• Astrocitele sunt necesare pentru formarea de sinapse în SNC (puţine sinapse sunt formate în lipsa astrocitelor).

• Astrocitele induc formarea barierei hemato-encefalice.

Celulele oligodendrogliale• Au prelungiri mai puţine ce pleacă de la

corpul celular decât astrocitele, şi corpul celular este mai mic în diametru (5 mm).

• Oligodendroglia diferă de asemenea de astrocite prin faptul că au foarte puţine microfilamente, dar au un număr mare de microtubuli în citoplasmă.

• Aceste celule se întâlnesc atât în substanţa albă cât şi în cea cenuşie.

• Astrocitele, oligodendrocitele şi celulele ependimare sunt cunoscute şi sub numele

• de macroglii.

Oligodendrocit

Un oligodendrocit mielinizant, nucleu (N),

din maduva spinarii extinzand conexiuni citoplasmatice la cel

putin doua invelisuri de mielina (sageti).

Se observa si alte fibre mielinizate si

nemielinizate in diverse stadii de dezvoltare ca si

procese gliale. 12.750x

Oligodendrogliile formeaza izolarea electrica din jurul

axonilor

Celulele microgliale• Celulele microgliale/microgliile – constituie a treia

clasă majoră de nevroglii, ce se găsesc în sistemul nervos.

• Ele nu îşi au originea în neuroectoderm, ci în măduva osoasă din precursori hematopoietici.

• Corpurile lor celulare sunt mai mici decât ale celorlalte nevroglii (aproximativ 3μm în diametru), însă sunt într-un număr foarte mare.

• Cel mai important rol în cadrul sistemului nervos central îl constituie capacitatea lor de a prolifera, de a deveni macrofage şi de a invada orice regiune lezată pentru a fagocita ţesutul necrotic.

Organizarea sinapselor• Capătul terminal al unui axon formează un buton terminal.

Butonul conţine numeroase vezicule mici (20 – 40 nm) ce conţin neurotransmiţătorii.

• Membrana presinaptică este separată de cea postsinaptică printr-un spaţiu de 30 – 40 nm.

• În mod caracteristic, membrana postsinaptică apare mai densă şi mai subţire la ME decât cea presinaptică.

• Transmisia mesajului are loc întotdeauna într-o singură direcţie: de la membrana presinaptică la cea post sinaptică.

• Majoritatea sinapselor sunt axodendritice sau axo-somatice. Sinapsele axo-axonale permite ca un neuron să controleze activitatea sinaptică a altui neuron.

• Recent s-a demonstrat că dendritele constituie de asemenea sinapse. Sinapse dendro-dendritice există în bulbul olfactiv şi retină.

Diferite tipuri de sinapse(A) Diferite tipuri de sinapse; (B) Secţiune transversală

printr-un axon (ax) şi 2 dendrite (de); în jur există celule gliale;

(C) Secţiune transversală printr-un axon (ax) şi 2 dendrite (de); cele 2 dendrite formează o pereche reciprocă, ele sunt arănjate într-o buclă de feedback negativ astfel excitarea celei de jos produce stimularea celei de sus;

(D) Sinapsă reciprocă realizată între 2 dendrite (de); în cazul acesta este un feedback pozitiv; excitarea celei de jos re-excită pe cea de sus.

Alte tipuri de sinapse• (A) Sinapse axo-

axonale;• (B) Sinapse

dendro-endritice; • (C) Sinapse

perikario-perikarionale.

Organizarea neuronilor in SNC• În SNC există 2 tipuri de substanţă : substanţa cenuşie şi substanţa

albă.• Substanţa albă este alcătuită dintr-un număr enorm de fibre

nervoase. Ele apar albe deoarece tecile de mielină în care majoritatea fibrelor nervoase sunt îmbrăcate reflectă lumina.

• Substanţa cenuşie este constituită din dendritele şi corpii celulari ai neuronilor şi celulele gliale. Ele nu sunt îmbrăcate în mielină, de aceea apar cenuşii.

• Colorarea argintie a substanţei cenuşii prin tehnica Golgi-Cox arată o interconexiune stabilă. Această tehnică colorează doar 1% din neuronii prezenţi. Cortexul privit la ME arată mase de celule împachetate dens şi prelungiri celulare cu un spaţiu celular mic.

• Cel mai evident element al neurocortexului când este privit la MO este totusi structura sa stratificată. Exista 6 straturi. Stratul al 4-lea este la rândul lui împarţit în mod convenţional în alte 3 straturi – a, b şi c.

Stratificarea cortexului cerebral

Stratificarea neocortexului

Evidentierea neocortexului prin coloratie imunohistochimica cu anticorp anti-P2X2 Receptor. Receptorul P2X2 (verde) apare in procesele axonale (sageti).Receptorii P2X apartin familiei canalelor ionice ce sunt activate de ATP extracelular

Sectiune coronala prin creierul uman la nivel talamic colorat prin tehnica Heidenhain pentru mielina. Materia cenusie se coloreaza usor; toate regiunile mielinizate sunt negre. Talamusul (*) se afla dedesubtul ventriculilor laterali si este separat la acest nivel de inceputul ventriculului III. Plafonul ventriculilor laterali este format din corpul calos (sageti).

Sectiune transversala din maduva spinarii la nivel lombar L-1. Materia cenusie apare ca o zona colorata palid intr-o configuratie asemanatoare literei H, formata de coarnele ventrale si dorsale si canalul central (*). Coarnele posterioare vin in contact cu radacinile nervilor spinali (sageti-sus). Radacinile anterioare pot fi observate dedesubt (sageti-jos), opus coarnelor anterioare, de la care au pornit fibrele nervoase. Materia alba ocupa cea mai mare parte din maduva spinarii si se coloreaza mai intens.Sectiune Epon, 1 mm, colorat cu albastru de toluidina.

In aceasta schema simplificata, SNC se extinde de pe suprafata sa

meningeala (M) prin lamina bazala (linia neagra) acopera stratul de

astrocite al parenchimului SNC si traverseaza (contine neuroni si celule

gliale) si astrocitele subependimale, pana la celule ependimale ciliate

aliniate in spatiul ventricular (V). Pia-astroglia (glia limitans) realizeaza o

bariera intre exterior (dura si vase de sange) si parenchimul SNC. Un neuron

se observa central, cu contacte sinaptice la nivelul dendritelor. Axonul

sau ia nastere in dreapta si este mielinizat de catre un oligodendrocit

(deasupra). Alti axoni se observa in sectiune transversala, unii dintre

acestia fiind mielinizati. Oligodendrocitul aflat in partea

stanga a neuronului este de tip satelit non-mielinizant. Ventriculii (V) si

spatiul subarachnoidian a meningelui (M) contine fluid cerebrospinal.

Componentele majore ale SNCsi interrelatiile acestora

Neuron in microscopie optica

Detaliu al invelisului nuclear in care se observa un por nuclear (sageata simpla) si membrana externa conectata cu reticulul endoplasmic rugos (RER) (sageti duble). Sunt de asemenea prezente doua cisterne ale RE rugos cu ribozomi asociati. 80.000x

O portiune din aparatul Golgi. Numeroasele profile circulare reprezinta fenestrari sectionate tangential si vezicule alveolate (lizozomi primari). Doi lizozomi se observa uand nastere din sacii golgieni (sageti). Mitocondrii si un corp dens (lizozom secundar) sunt de asemenea prezente. 60.000x

O granula de lipofuscina dintr-un neuron cortical prezinta lipide legate de membrana (dens) si o componenta solubila (gri). Componenta mai densa este lamelara. Lamelele apar ca si retele paracristaline de profile tubulare sectionate transversal (sageata). Granula este inconjurata de o singura membrana. Pot fi observati si ribozomi liberi. 96.000x

Un dendrit (D) ce ia nastere dintr-un neuron motor din coarnele anterioare a maduvei spinarii de sobolan este in contact cu 4 terminatii axonale: terminatia 1 contine vezicule sinaptice clare, sferice; terminatia 2 si 3 contine atat vezicule clare, sferice cat si vezicule dense (sageata); si terminatia 4 contine numeroase vezicule sinaptice clare, aplatizate. Observati si ingrosarile sinaptice si la nivelul dendritelor, mitocondriile, neurofilamentele si neurotubulii. 33.000x

Un dendrit (D) flancat de 2 terminatii axonale cu vezicule sinaptice clare, sferice. 75.000x

O sectiune prin substanta alba mielinizata ce contine un astrocit fibros (A) si un oligodendrocit (O). Nucleul astrocitului (A) prezinta cromatina omogena cu un contur mai dens si un nucleol central.Cromatina oligodendrocitului (O) este mai densa si mai heterogena. Observati citoplasma mai densa a oligodendrocitului si filamentele mai proeminente ale astrocitului. 15.000xDetaliu a: oligodendrocit cu microtubuli (sageti) si absenta filamentelor. 45.000xDetaliu b: citoplasma astrocitului prezentand filamente, glicogen, RE rugos si aparat Golgi. 45.000x

Sectiune transversala a unui axon mielinizat (stanga) si un astrocit fibros (dreapta) din maduva spinarii. Axonul contine neurotubuli dispersati si neurofilamente usor impachetate. Astrocitul contine un manunchi de filamente intens impachetate, flancate de cativa microtubuli. 60.000x

O celula microgliala (M) a elaborat doua brate citoplasmatice pentru a compensa un oligodendrocit apoptotic (O) din maduva spinarii. Microglia este dificil de distins de conturul ingust al citoplasmei dens colorata care de asemenea contine unele resturi membranare. 10.000x

Suprafata unei celule ependimale contine corpi bazali (sageti) conectati cu microtubulii cililor, observat pe sectiune longitudinala. Cativa microvili sunt de asemenea prezenti. 37.000xDetaliu: Cil pe sectiune transversala poseda un dublet central de microtubuli inconjurat de 9 dublete de microtubuli si o pereche centrala (sageti). 100.000x

Un desmozom tipic (d) şi o joncţiune gap (g) intre doua celule ependimale.Se observa microvili si depresiunile de invelis (arrows) pe suprafata celulei. 35.000x

Un axon mielinizat al SNP (A) este inconjurat de o celula Schwann, nucleu (N). De observat lamina bazala difuza din jurul celulei, o bogata citoplasma, mezaxoni interni si externi (sageti), proximitatea imediata a celulei de invelisul de mielina si raportul de 1:1 (celula : internod de mielina). 20.000x

Electronomicrografia unui nod Ranvier pe sectiune longitudinala. De observat descresterea abrupta in diametrul axonului si condensarea constituentilor axoplasmici in regiunile paranodale si nodale ale axonului. Substanta din golul nodal (sageti) contine prelungiri ale celulelor Schwann; axonul nodal este bulbar; lizozomii se afla sub axolema. Se observa si cisternele RE neted. 5.000x

Sectiune transversala prin nodul Ranvier (diametru 7-8 mm) a unei fibre largi prezinta un complex proeminent de prelungiri a celulelor Schwann in jurul unui axon evidentiat de densificarea subaxolemala si organite intens impachetate.Prelungirile celulelor Schwann provin dintr-un “guler” extern format de citoplasma aplatizata la intervale regulate de aproximativ 80 nm. Lamina bazala a fibrei nervoase inconjoara intregul complex. Observati in axoplasma, cisterne sectionate transversal de RE neted; mitocondrii; saci de RE neted aplatizati; vezicule dense; neurofilamente; microtubuli, dispusi paralel cu circumferinta axonului. 16.000x