| Gliové buňky a jejich úloha v mozku |
|
doc. RNDr. Alexandr Chvátal DrSc., MBA |
| SANQUIS č.84/2010, str. 88 |
| Gliové buňky – astrocyty a oligodendrocyty – patří spolu s neurony k buněčným elementům centrálního nervového systému.
|
|
Na základě přesných imunocytochemických analýz je zřejmé, že zhruba na jeden neuron v centrální nervové soustavě (CNS) připadá deset gliových buněk. Zároveň celkový buněčný objem neuroglie činí 50 procent z celkového objemu všech buněk v mozkové tkáni. Řada studií prokázala, že velký počet proteinů a enzymů CNS se nachází téměř výhradně v astrocytech a oligodendrocytech. Lze se proto právem domnívat, že tyto buňky neplní v CNS pouze strukturální úlohu, ale zajišťují různé specializované funkce.
Po prvních systematických pozorováních gliových buněk v CNS koncem 19. století byla později řadou autorů navržena i jejich pravděpodobná úloha. Již v roce 1885 Golgi předpokládal, že astrocyty plní převážně nutriční úlohu, v roce 1896 Marinesco navrhl, že gliové buňky fagocytují (pohlcují) odumírající neurony, a v roce 1907 Lugaro popsal jev, kdy astrocyty odstraňují neuropřenašeče ze synaptických štěrbin. V roce 1909 významný španělský cytolog Ramón y Cajal na základě podrobných morfologických studií navrhl mechanismus, kterým oligodendrocyty vytvářejí obaly kolem nervových vláken, tzv. myelinové pochvy, a v neposlední řadě v roce 1915 Achucarro přišel s myšlenkou, že gliové buňky mohou uvolňovat neuroaktivní látky.
Soustavné studium elektrofyziologických vlastností astrocytů a oligodendrocytů začalo v průběhu šedesátých let 20. století, kdy byly podrobně charakterizovány některé jejich elektrofyziologické vlastnosti. Zjistilo se, že membrána zralých astrocytů a oligodendrocytů je téměř výhradně propustná pro draselné ionty a že se tudíž aktivně zapojují do jejich odstraňování z extracelulárního prostoru CNS v průběhu neuronální aktivity. Další studium gliových buněk prokázalo jejich významnou úlohu v průběhu přenosu signálů v CNS, v zajišťování homeostázy draslíku, vápníku a pH v extracelulárním prostoru CNS, během vývoje a zrání nervové tkáně a v neposlední řadě i v průběhu patologických stavů.
Vliv gliových buněk na přenos signálů v CNS
Již dlouhou dobu víme, že přenos signálů v CNS se uskutečňuje prostřednictvím neuronů. Tyto buňky mají velice specializovanou strukturu, uzpůsobenou pro vedení elektrických vzruchů, akčních potenciálů. Pro zabezpečení správné funkce nervové tkáně jako celku je však nutné, aby elektrické vzruchy mohly přecházet z jednoho neuronu na další neuron nebo neurony. Tento přenos se uskutečňuje prostřednictvím synapsí.
Synapse mohou být dvojího druhu. Tzv. elektrické synapse představují spojení, kdy membrány sousedních neuronů přiléhají těsně k sobě, takže mezi nimi vznikají kanálky, kterými vzruch přechází z jednoho neuronu na druhý. Nejrozšířenějšími v CNS jsou však tzv. chemické synapse, kdy k přenosu signálů (a tedy i vzruchů) z jednoho neuronu na druhý dochází prostřednictvím uvolňování chemických látek – neuropřenašečů.
Každá synapse se skládá ze tří kompartmentů: presynaptické části jednoho neuronu, synaptické štěrbiny, do níž jsou uvolňovány neuropřenašeče, a postsynaptické části dalšího neuronu.
|
|
|
Obr. 1. Místní a vzdálená gliotransmise v nervové tkáni:
(I): Místní neurogliální komunikace, synaptická aktivita je modulována výběžky gliových buněk, které obalují synapse.
(II): Vzdálená gliotransmise reprezentovaná vápníkovými vlnami uvnitř gliálního syncitia.
(III): Vzdálená neurogliální komunikace, modulace přenosu signálů na vzdálené synapsi.
|
|
Velice zjednodušeně lze pochod na excitační synapsi popsat následovně: pokud vzruch na jednom neuronu dorazí na konec axonu, vyvolá uvolnění neuropřenašeče do synaptické štěrbiny, který pak difunduje k postsynaptické membráně, naváže se zde na specifické receptory spojené s iontovými kanálky a způsobí vyvolání vzruchu na dalším neuronu.
Toto byl donedávna klasický pohled na strukturu a funkci chemické synapse. V poslední době se však hromadí důkazy o tom, že astrocyty mohou funkce neuronální synapse nejen významně ovlivnit, ale i účastnit se přímo přenosu signálů. Bylo například prokázáno, že přibližně 75 procent všech synapsí v hippokampu v mozku je doslova obaleno výběžky astrocytů. Proč tomu tak je, ukázal intenzivní výzkum v několika posledních letech. Vyplynulo z něj, že astrocyty mají, podobně jako neurony, receptory a iontové kanály, a mohou tudíž reagovat na přítomnost neuropřenašečů.
Dále se zjistilo, že astrocyty mohou – opět obdobně jako neurony – určité neuropřenašeče (například glutamát) vylučovat do extracelulárního prostoru. Pokud se tedy výběžky astrocytu nacházejí v blízkosti synapse, dochází k vzájemnému ovlivnění neuronů a astrocytů, které mají v konečném důsledku na funkci synapse přímý vliv. Neuropřenašeče, uvolněné z presynaptické membrány do synaptické štěrbiny, nedifundují pouze k postsynaptické membráně, ale i k výběžkům astrocytů. Aktivace receptorů na jejich membráně spouští komplikovaný mechanismus spojený se zvýšením vnitrobuněčné koncentrace vápníkových iontů. Ta má za následek rovněž uvolnění neuropřenašeče do synaptické štěrbiny, avšak z astrocytů.
Účinek aktivace postsynaptické membrány neuropřenašečem z neuronální presynaptické membrány může tudíž umocnit další uvolnění neuropřenašečů z výběžků astrocytů. Astrocyty, podobně jako neurony, bývají navíc velice často propojeny mezi sebou strukturami podobnými elektrickým synapsím u neuronů, takže vytvářejí funkční sítě, tzv. syncitia. Vědci prokázali, že aktivace astrocytů v blízkosti synapse vyvolává uvnitř sítě přenosy signálů, zprostředkované krátkodobým vnitrobuněčným zvýšením koncentrace vápníkových iontů, tzv. vápníkové vlny. Vzniklé vápníkové vlny v syncitiích se mohou šířit i ke vzdálenějším synapsím a ovlivnit tak prostřednictvím uvolňování neuropřenašečů do synaptických štěrbin i jiné synapse. Tento druh přenosu signálů dostal název gliotransmise.
Úloha gliových buněk při patologických stavech
V současnosti se nejvíce studuje úloha gliových buněk v průběhu různých typů poškození CNS, především během akutních patologických stavů, například mozkové mrtvice, anoxie, ischemie a v průběhu degenerativních onemocnění CNS, jako například u Alzheimerovy choroby, u nádorů (mezi nádory vycházející z glie patří astrocytomy, oligodendrogliomy a glioblastomy).
|
|
|
Obr. 2. Různá úloha glie v patologických procesech
|
|
Anoxie a ischemie, tj. přerušení přívodu kyslíku a glukózy buněčným elementům v CNS, je doprovázena masivní depolarizací buněk zvýšenou koncentrací draselných iontů a narušením iontové homeostázy. Výsledkem je výrazné zvýšení koncentrace glutamátu v extracelulárním prostoru, jehož účinek může být v těchto podmínkách cytotoxický a způsobit buněčnou smrt. Gliové buňky výrazně snižují poškození neuronů. Jednak prostřednictvím syncitií dokáží účinně pufrovat nárůst draslíku, jednak mohou do určité míry snížit koncentraci glutamátu pomocí svých glutamátových transporterů.
Akutní poškození mozkové tkáně, např. mechanické, je doprovázeno výraznými změnami ve složení extracelulárního prostoru, buněčnou smrtí a funkčními i morfologickými změnami astrocytů, tzv. astrogliózou. Aktivované astrocyty jsou schopny proliferovat v místě, kde je zasažena nervová tkáň, a jsou tak zodpovědné za vznik gliové jizvy, bariéry, která brání difúzi iontů, neuropřenašečů, trofických faktorů a dalších metabolitů z poškozené do zdravé nervové tkáně.
Alzheimerova neurodegenerativní choroba má příčinu v hromadění depozitů proteinu ß-amyloidu v extracelulárním prostoru. Má za následek rychlý úbytek neuronů v CNS s následným poškozením paměťových a kognitivních funkcí jedince a vznikem senilní demence. Výzkumy prokázaly, že neurodegeneraci doprovází astroglióza a že astrocyty jsou svými výběžky schopny ß-amyloidová depozita obalit a pohltit je.
Amyotrofickou laterální sklerózu doprovází degenerace motoneuronů v mozkové kůře, mozkovém kmeni a míše. Způsobuje progresivní paralýzu a atrofii svalů. Předpokládá se, že za vznikem této choroby stojí omezená schopnost astrocytů vychytávat glutamát z extracelulárního prostoru, následkem je buněčná smrt neuronů. Závěrem
Gliové buňky plní v CNS nezastupitelnou úlohu během fyziologických a patologických stavů. Kromě vyživovací funkce a zajištění homeostázy se aktivně účastní přenosu signálů v nervové tkáni a významně ovlivňují průběh patologických procesů.
|
|
Schémata: archiv autora, Dreamstime
|
|
|
 |
obsah čísla 84 |
 |
ročník 2010 |
|
témata |
|
| SANQUIS PLUS |
|
| GALERIE SANQUIS |
|
| PORADNA |
|
|
