Kada govorimo o nervnom sistemu, gotovo automatski govorimo o neuronima. Oni primaju signale, stvaraju akcione potencijale, grade sinapse, učestvuju u učenju, pamćenju, pokretu i svesti. U toj priči dugo je postojao još jedan veliki ćelijski svet koji je uglavnom ostajao u pozadini — neuroglija.
Sama reč glia znači „lepak“, i dugo je odgovarala predstavi da su glijalne ćelije tek pasivna potpora neuronima: nešto što ih drži na mestu, hrani i popunjava prostor između njih. Danas znamo da je ta slika previše jednostavna. Glijalne ćelije održavaju hemijsku stabilnost sredine u kojoj neuroni rade, učestvuju u njihovom metaboličkom snabdevanju, regulišu koncentracije jona i neurotransmitera, grade mijelin, učestvuju u imunološkom odgovoru, utiču na sinaptičku plastičnost i pomažu u održavanju krvno-moždane barijere.
Drugim rečima, neuron možda jeste osnovna informaciona ćelija nervnog sistema, ali bez glije bi vrlo brzo izgubio uslove u kojima uopšte može normalno da funkcioniše.
Nervni sistem ne voli hemijski haos
Neuron je veoma osetljiv elektrohemijski sistem. Njegov membranski potencijal zavisi od precizno kontrolisanih koncentracija natrijuma, kalijuma, kalcijuma, hlorida i drugih jona sa obe strane ćelijske membrane. Razlike koje određuju da li će neuron ostati u nepobuđenom stanju ili generisati akcioni potencijal mere se u milivoltima.
Zato nervni sistem ne može sebi da dozvoli da hemijsko okruženje oko neurona nekontrolisano prati svaku promenu u krvi. Posle svakog obroka menja se koncentracija glukoze, tokom fizičkog napora menjaju se hormoni, elektroliti i metaboliti, a tokom infekcije u krvi cirkulišu inflamatorni molekuli. Jetra, bubrezi i digestivni sistem neprestano menjaju sastav unutrašnje sredine, dok mozak mora da nastavi da radi sa neverovatnom stabilnošću.
Zato je možda jedna od najvažnijih funkcija sistema koji okružuje neurone upravo to što čuva precizno kontrolisano elektrohemijsko okruženje nervnog sistema.
Krvno-moždana barijera: firewall između krvi i neurona
Jedan od ključnih elemenata te zaštite je krvno-moždana barijera. Njen glavni fizički zid čine endotelne ćelije moždanih kapilara, povezane veoma čvrstim međučelijskim vezama. One nisu propusne na isti način kao kapilari u mnogim drugim tkivima, već je transport kroz njih strogo kontrolisan.
Astrociti svojim završecima obavijaju krvne sudove i, zajedno sa pericitima, bazalnom membranom i endotelom, čine deo složene neurovaskularne jedinice koja održava i reguliše ovu barijeru.
Najlakše je zamisliti je kao firewall nervnog sistema. Ali to nije firewall koji samo blokira sve spoljašnje veze. Mozgu neprestano trebaju kiseonik, glukoza, aminokiseline, vitamini i drugi molekuli, dok istovremeno mora da ograniči prolaz toksina, mnogih patogena, velikih molekula i brojnih hemijskih supstanci koje bi mogle da poremete rad neurona.
Krvno-moždana barijera zato nije zid, već selektivna granica sa vrlo strogo kontrolisanim saobraćajem. To je istovremeno njena velika prednost i problem medicine, jer mnogi lekovi koji bi potencijalno mogli da deluju na nervni sistem teško prolaze kroz ovu zaštitu. Sistem koji nas štiti od otrova može da zaustavi i molekul koji pokušavamo da koristimo kao terapiju.
Astrociti: mnogo više od ćelijske potpore
Među glijalnim ćelijama, astrociti su verovatno najbolji primer koliko se naša predstava o neurogliji promenila. Njihove brojne granate produžetke nalazimo uz krvne sudove, oko neurona i u neposrednoj blizini sinapsi. Astrociti preuzimaju višak kalijuma iz ekstracelularnog prostora, uklanjaju neurotransmitere poput glutamata iz sinaptičke pukotine, učestvuju u metabolizmu neurona i povezuju lokalnu neuronsku aktivnost sa promenama protoka krvi.
Kada grupa neurona počne intenzivnije da radi, povećava se njihova potreba za kiseonikom i energijom. Astrociti učestvuju u generisanju signala koji dovode do lokalnog povećanja protoka krvi. To znači da su deo veze između električne aktivnosti neurona i vaskularnog sistema koji tu aktivnost mora da snabdeva energijom.
Dakle, nisu samo „ćelije koje hrane neurone“. Oni učestvuju u upravljanju njihovim radnim okruženjem.
Tripartitna sinapsa: kada dva neurona nisu cela priča
Klasična slika sinapse veoma je jednostavna: presinaptički neuron oslobađa neurotransmiter, on prelazi preko sinaptičke pukotine i vezuje se za receptore postsinaptičkog neurona. Ali mnoge sinapse nisu samo dijalog dva neurona.
Astrocitni izdanci dolaze u neposrednu blizinu sinaptičke pukotine, prepoznaju oslobođene neurotransmitere i učestvuju u njihovom uklanjanju i regulaciji lokalne koncentracije jona. Zbog toga se razvio koncept tripartitne sinapse: presinaptički neuron, postsinaptički neuron i astrocit koji funkcionalno učestvuje u toj mikrocelini.
Posebno je važan glutamat, glavni ekscitatorni neurotransmiter centralnog nervnog sistema. Njegova previsoka koncentracija u ekstracelularnom prostoru može postati štetna za neurone, pa ga astrociti aktivno uklanjaju i učestvuju u njegovom ponovnom metaboličkom ciklusu. Istovremeno postoje dokazi da astrociti mogu da utiču na sinaptičku snagu i plastičnost.
Tu ipak treba biti oprezan. Tvrdnja da glija predstavlja neku vrstu paralelnog „računarskog sistema“ mozga zvuči privlačno, ali još uvek ide dalje od onoga što možemo pouzdano tvrditi. Ono što već znamo dovoljno je zanimljivo: sinaptička komunikacija nije izolovan razgovor dva neurona, već deo lokalnog ćelijskog sistema u kojem i glija aktivno učestvuje.
Mikroglija: servis, policija i system recovery nervnog sistema
Drugi veoma važan član glijalne porodice je mikroglija. Za razliku od astrocita i oligodendrocita, mikroglijalne ćelije imaju izraženu imunološku funkciju. One neprestano nadgledaju lokalno okruženje, reaguju na povredu i infekciju, uklanjaju ćelijske ostatke i mogu da fagocituju oštećene ćelije i materijal. Možemo ih zamisliti kao kombinaciju servisne ekipe, lokalne policije i dela system recovery mehanizma nervnog sistema.
Ali njihova uloga nije ograničena na kvarove i infekcije. Tokom razvoja mozga formira se ogroman broj sinaptičkih veza, a deo njih se kasnije selektivno uklanja. Mikroglija učestvuje upravo u tom procesu „orezivanja“ sinapsi i time doprinosi oblikovanju neuronskih mreža.
Mozak se, dakle, ne razvija samo stvaranjem novih veza. On se oblikuje i njihovim slabljenjem, razgradnjom, reorganizacijom i uklanjanjem kada više nisu funkcionalno potrebne. To se prirodno nastavlja na priču o učenju i sinaptičkoj plastičnosti: nervni sistem neprestano menja sopstvenu arhitekturu, a glija učestvuje i u tom procesu.
Oligodendrociti: proizvođači mijelina
A onda dolazimo do glijalnih ćelija koje smo već sreli u jednom ranijem tekstu — oligodendrocita. Njihov najpoznatiji zadatak je stvaranje mijelinskog omotača oko aksona u centralnom nervnom sistemu.
Mijelin se često opisuje kao izolacija nervnog vlakna i ta analogija je korisna, ali nije potpuna. Kod električnog kabla izolacija prvenstveno sprečava neželjeni protok struje prema okolini. Kod aksona mijelin radi nešto mnogo zanimljivije: menja same električne karakteristike membrane i omogućava potpuno drugačiji režim prostiranja signala.
Akson ispod mijelina nema potrebu da regeneriše akcioni potencijal na svakom mikrometru svoje dužine. Lokalna promena potencijala može pasivno da se proširi znatno dalje, sve do sledećeg mesta na kojem se signal ponovo aktivno regeneriše.
Ranvijeovi čvorovi: mesta na kojima se signal pojačava
Mijelinski omotač nije kontinualan. Između dva segmenta mijelina ostaju kratki nepokriveni delovi aksona poznati kao Ranvijeovi čvorovi, na kojima se nalazi veoma velika koncentracija voltažno-zavisnih natrijumskih i drugih jonskih kanala.
Kada akcioni potencijal nastane na jednom čvoru, lokalna električna promena veoma brzo se širi ispod mijelinskog segmenta do sledećeg čvora. Tamo se otvaraju jonski kanali i akcioni potencijal se ponovo aktivno regeneriše. Zato kažemo da impuls prividno „skače“ sa jednog Ranvijeovog čvora na drugi, a taj mehanizam naziva se saltatorno provođenje.
Elektrotehnički gledano, Ranvijeov čvor neodoljivo podseća na mesto regeneracije signala u prenosnom sistemu. Analogija sa repetitorom nije potpuno tačna, ali je korisna: signal između dva čvora slabi, dok ga sledeći čvor preko otvaranja jonskih kanala ponovo dovodi do punog akcijskog potencijala. Biologija je time pronašla veoma elegantno rešenje — umesto da neprekidno aktivno prenosi signal duž čitave membrane, aktivna regeneracija raspoređena je samo na određenim mestima.
Rezultat je velika brzina prenosa bez potrebe da akson bude enormnog prečnika.
Kada izolacija određuje brzinu i sinhronizaciju
Mijelin, međutim, ne određuje samo koliko će signal biti brz. On određuje i kada će taj signal stići.
U složenoj neuronskoj mreži više impulsa može da dolazi iz različitih pravaca i da se susretne u jednom neuronu. Ako jedan stigne nekoliko milisekundi ranije ili kasnije, rezultat neuronske integracije može biti drugačiji. Zato je precizna vremenska koordinacija prenosa jednako važna kao i sama brzina.
Tu se vidi koliko je mijelinizacija važna za funkcionisanje čitave mreže.
Kada se mijelin ošteti, električni signal počinje da „curi“ kroz membranu, raste kašnjenje, brzina provođenja opada, a pojedina vlakna više ne prenose impulse istim vremenom. Nastaje vremenska disperzija — signali koji bi trebalo da stignu sinhronizovano počinju da se razilaze.
U težim slučajevima signal više ne uspeva ni da izazove sledeći akcioni potencijal i dolazi do blokade provođenja.
Zato bolesti kod kojih propada mijelin mogu imati tako širok spektar simptoma. Ako je zahvaćena motorna putanja, mogu se javiti slabost, poremećaji pokreta ili spastičnost. Ako stradaju senzorne veze, mogu nastati utrnulost, bol ili poremećaj osećaja. Kada su zahvaćeni sistemi odgovorni za vid, ravnotežu ili koordinaciju, pojavljuju se potpuno drugačiji problemi.
Razlikuju se uzroci koji dovode do propadanja mijelinskog omotača i patologije koje proističu iz toga. Kod multiple skleroze, na primer, imunski sistem napada mijelin centralnog nervnog sistema, dok kod određenih leukodistrofija poremećaj nastaje zbog genetskih ili metaboličkih problema koji utiču na stvaranje ili održavanje mijelina.
Problem kod svih dijagnoza povezanih sa degradacijom mijelinskog omotača ne može se svesti samo na „propadanje izolacije“. Menjaju se brzina, pouzdanost i vremenska koordinacija informacionog sistema.
U tom smislu, oštećenje mijelina za nervni sistem nije isto što i jednostavno oštećenje izolacije kabla. Više liči na komunikacionu mrežu u kojoj istovremeno rastu gubici, kašnjenje i razlike u vremenu dolaska signala.
Neuroglija kao infrastruktura nervnog sistema
Kada pogledamo sve ove funkcije zajedno, postaje jasno zašto je izraz „pomoćne ćelije“ danas nedovoljan. Astrociti održavaju hemijsku stabilnost, učestvuju u metabolizmu i sinaptičkoj regulaciji i pomažu održavanje krvno-moždane barijere. Mikroglija prati stanje tkiva, reaguje na povredu, uklanja ostatke i učestvuje u remodelovanju sinapsi. Oligodendrociti stvaraju mijelin i određuju električne osobine aksona, brzinu i vremensku preciznost prenosa signala.
Neuron ostaje centralna ćelija nervne komunikacije, ali on ne radi sam. Ako pokušamo da nervni sistem prevedemo na jezik računarske tehnike, bez glije ne bismo dobili samo računar bez kućišta. Dobili bismo sistem bez napajanja, firewall zaštite, hlađenja, system recovery-a i mrežne kartice.
I tada postaje jasnije zašto je stara reč „lepak“ toliko varljiva. Neuroglija ne popunjava samo prostor između neurona. Ona čuva uslove u kojima neuron može normalno da funkcioniše — da se napaja, komunicira, regeneriše, izoluje i prenosi signal sa preciznošću od koje zavisi funkcionisanje čitavog nervnog sistema.
Možda zato neurogliju više ne treba posmatrati kao pozadinu neuronske priče. Ona je deo infrastrukture bez koje te priče ne bi ni bilo.
Оставите одговор