Kalina Marfiak-Kowalski
XXXV LO im. Bolesława Prusa w Warszawie

Układ nerwowy jest odpowiedzialny za wiele czynności. Dzięki niemu między innymi czujemy, że patelnia jest gorąca i nie przypalamy sobie ręki. Układ ten także pozwala nam wyczuć, gdy chodzi po nas pająk (wtedy “na spokojnie” możemy zacząć panikować). Jeśli więc nasz układ nerwowy pracuje nieprawidłowo, to mamy do czynienia z niezwykle poważnym zaburzeniem medycznym. Od paraliżu po anaglezję wrodzoną (brak odczuwania bodźców bólowych). Jak to się dzieje, że zdajemy sobie sprawę z otaczającego nas świata?

Neurony nie będą różnić się między sobą organellami oraz ogólnym modelem budowy, jedyne możliwe różnice są w długości oraz liczbie wypustek, które wpływają na ich funkcję. 

W większości przypadków neuron dzieli się na 3 części: 

• dendryty,
• akson,
• ciało komórki nerwowej (perikarion).

Neuron jest komórką zwierzęcą i posiada takie same organelle jak w reszcie komórek tego typu organizmów. W cytoplazmie znajdziemy: 

• wiele mitochondriów, ponieważ ma duże zapotrzebowanie energetyczne;
• rozwinięty aparat Golgiego;
• rozwiniętą siateczkę śródplazmatyczną szorstką (ciałka Nissla/tigroidy);
• neurofibryle – są to białkowe włókienka, które odnajdziemy także w wypustkach (odpowiadają one za transport wewnątrzkomórkowy i utrzymanie odpowiedniego kształtu komórki

Ryc. 1. Budowa neuronu.
Dendryt – odbiera sygnał i przesyła go dalej, do ciała komórkowego. Perikarion – analizuje sygnał przesłany przez dendryt, odpowiada za niemal wszystkie reakcje metaboliczne neuronu, za syntezę makrocząsteczek, białek oraz zdecydowanej większości neuroprzekaźników i znajduje się w nim również jądro komórkowe. Jądro komórkowe – zachodzi w nim niemal cała translacja i transkrypcja. Przewężenie Ranviera – jest to przerwa pomiędzy komórkami osłonki mielinowej, która jest “izolatorem elektrycznym”, ponieważ zmusza impulsy do przechodzenia od stanu przewężenia do przewężenia, przyspieszający tym przejście impulsu nerwowego. Osłonka mielinowa – pełni rolę ochrony aksonu oraz izolatora elektrycznego. Dzięki osłonce i przewężeniom Ranviera impulsy nerwowe są przekazywane z prędkością 120 m/s (60 razy szybciej niż w neuronach bez osłonki). Akson – transportuje neuroprzekaźniki (po traktach zbudowanych z mikrotubul do kolbek synaptycznych, aby sygnał mógł być przekazany do następnego neuronu). Kolbki synaptyczne – łączą komórkę nerwową z kolejną komórką (nerwową, mięśniową bądź gruczołową), a także uwalniają neuroprzekaźniki używane do przekazywania sygnału.

Jak wspomniałam wcześniej – neurony dzielimy między innymi ze względu na funkcję, którą pełnią:

1. Neurony czuciowe – przekazują informacje od receptorów do ośrodkowego układu nerwowego. Przekazywane informacje mogą dotyczyć warunków wewnętrznych (ciśnienie krwi, temperatura, a nawet stan zapalny) oraz bodźców zewnętrznych (światło, dotyk, zapach).
2. Neurony pośredniczące tzw. interneurony – analizują i interpretują sygnał przekazany z neuronów czuciowych. Podczas tego procesu uwzględniają doświadczenie i kontekst, w którym znajduje się osobnik odczuwający bodźce. Impulsy przekazują w granicach ośrodkowego układu nerwowego. Interneurony stanowią większość komórek nerwowych w mózgu, gdzie tworzą miejscowe obwody łączące neurony. 
3. Neurony ruchowe/motoryczne – przetwarzają informację otrzymane z interneuronów. Przewodzą impuls od ośrodkowego układu nerwowego do efektorów, gdzie stymulują gruczoły bądź aktywują mięśnie. 

Dzięki tej różnorodności neuronowej może powstać odruch

(bodziec → neuron czuciowy → interneuron → neuron ruchowy → reakcja), który w modelu uproszczonym wygląda następująco: 

wejście sygnału czuciowego → integracja → wyjście sygnału motorycznego

Wspomniane neurony oprócz funkcji różnią się także budową co widać na poniższej rycinie 2.

Ryc. 2. Podział neuronów ze względu na funkcję.
Neuron motoryczny – przekazuje informacje o bodźcach wewnętrznych lub zewnętrznych do ośrodkowego układu nerwowego. Jest neuronem wielobiegunowym – oznacza to, że posiada więcej niż jeden dendryt. Owa cecha pozwala im odbierać od wielu komórek jednocześnie. Interneuron – przekazuje sygnały w ośrodkowym układzie nerwowym. Pośredniczy pomiędzy neuronem motorycznym i neuronem sensorycznym. Neuron sensoryczny – sygnał jest przekazywany z ośrodkowego układu nerwowego do efektorów. Często jest pozornie jednobiegunowy.

Kolejnym elementem, bez którego niemożliwe byłoby przekazywanie informacji (z neuronu do neuronu) jest neuroprzekaźnik (neurotransmiter lub mediator). Jest to związek chemiczny wytwarzany w perikarionie (ciele komórki nerwowej). Wydzielany jest przez kolbki synaptyczne aksonu – powoduje to, że impulsy przekazywane przez neuron zawsze idą w jednym kierunku – od aksonu do dendrytu; w ten sposób zapewniona jest komunikacja na linii neuron-neuron. Inną funkcją neuroprzekaźnika jest przenoszenie sygnałów z komórek nerwowych do gruczołów i komórek mięśniowych, które zbiorczo nazywane są efektorami. 

Neuroprzekaźniki dzielimy na pobudzające i hamujące. Czemu? To dosyć logiczne: pobudzają lub hamują przejście impulsu przez synapsę. Poniżej przykłady najważniejszych neuroprzekaźników:

neuroprzekaźniki pobudzające:

• acetylocholina,
• noradrenalina,

neuroprzekaźniki hamujące:

• kwas gamma-aminomasłowy.

Niektóre neuroprzekaźniki nie występują wyłącznie w układzie nerwowym i w przestrzeni synaptycznej. Część z nich pełni też funkcje hormonów, które wydzielane są do krwioobiegu ogólnego – do nich należy między innymi adrenalina. 

Przewodzenie impulsu nerwowego to pobudzanie kolejnych odcinków włókien nerwowych (dendrytów i aksonów) poprzez przepływ jonów przez błonę komórkową między wnętrzem neuronu a środowiskiem zewnętrznym. Jest możliwe dzięki polaryzacji błony komórki, a przede wszystkim błony aksonu. Jej wnętrze jest naładowane ujemnie i ma większe stężenie K⁺, a mniejsze Na⁺ niż otoczenie komórki. Natomiast zewnętrzna strona neuronu jest naładowana dodatnio i odwrotnie do wnętrza ma mniejsze stężenie K⁺ i większe stężenie Na⁺.

Fazy przewodzenia impulsu nerwowego:

1. Polaryzacja – stan naładowania błony wynikający z nierównomiernego rozmieszczenia jonów.
2. Depolaryzacja – kanały jonowe otwierają się, gdy dostaną bodziec o odpowiedniej sile, która przekracza minimalną progową wartość (zasada “wszystko albo nic”). Po otwarciu kanałów jony Na⁺ wpływają do komórki, a jony K⁺ wypływają z niej. Rezultatem tej zmiany jest przebiegunowanie błony i jej część zewnętrzna przyjmuje ładunek ujemny. Kanały jonowe otwierają się po kolei – od czubka dendrytu, który przyjął sygnał, aż po koniec aksonu. Po dotarciu do kolbek synaptycznych depolaryzacja wywołuje uwolnienie neuroprzekaźników.
3. Repolaryzacja – powrót błony neuronu do stanu początkowego (stanu polaryzacji). Kanały jonowe się zamykają, komórka transportuje do środka jony K⁺, a usuwa jony Na⁺. Należy zapamiętać, że na każde 2 jony K⁺ transportowane do środka, usuwane są 3 jony Na⁺. Za proces ten odpowiada kluczowy enzym błony komórki nerwowej – pompa sodowo/potasowa (pompa Na⁺/K⁺).
4. Przekazanie impulsu do następnego neuronu – po dotarciu do końca aksonu, impuls jest “przekazywany” przez synapsę. Impuls, po dotarciu do końca neuronu, powoduje wydzielanie neuroprzekaźników. Neuroprzekaźniki powodują otwarcie kanałów jonowych w błonie postsynaptycznej poprzez związanie z receptorami. W ten sposób impuls może sobie “przeskoczyć” do następnego neuronu. Mechanizm ten dotyczy jednak tylko jednego rodzaju synaps – synaps chemicznych. Wyróżnia się jeszcze synapsy elektryczne, które działają dużo sprawniej i nie wywołują drobnego opóźnienia w transferze sygnału (opóźnienie w przypadku synaps chemicznych wynika z konieczności transportu neuroprzekaźnika w obrębie synapsy do receptorów na błonie kolejnej komórki). W synapsach elektrycznych taki “problem” nie występuje. Akson jednej komórki z dendrytem następnej jest bardzo ściśle związany, a sygnał przekazywany jest bezpośrednio poprzez szczeliny w obu błonach opłaszczone białkami. Dzięki tej “bliskości” w szczelinie synaptycznej uzyskuje się efekt ciągłości elektrycznej.

Wiecie, że impulsy nerwowe przechodzą dość szybko (dzięki temu jeszcze żyjemy). Jednak jak szybko? Otóż maksymalna szybkość impulsu nerwowego to ok. 2 m/s, ale istnieje element komórki, dzięki któremu zwiększa się ona 60-krotnie. Jest nim osłonka mielinowa. Dlaczego? Gdy impuls znajdują się na neuronie z osłonką mielinową przeskakuje pomiędzy węzami (przerwami w otoczce) i dzięki temu jest znacznie szybszy.

Powodzenia drodzy maturzyści. Życzę Wam, aby żadne zadanie z układu nerwowego nie sprawiło problemu! :)